專利名稱：由廢棄物制備乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種通過同步糖化發(fā)酵反應由廢棄物中的紙類制備こ醇的方法。
背景技術：
據(jù)日本環(huán)境部統(tǒng)計，近年來，被焚燒處理的一般廢棄物，按重量計算約一半為紙、布類，其中大部分為紙類。這些紙類作為不適合再循環(huán)的紙類，不經由一般的再循環(huán)途徑進行處理，但其中還混雜著一部分未經再循環(huán)就扔掉的紙。作為不適合再循環(huán)的紙類，包括被污染的紙、雜紙或其他與塑料等一起加工的紙等。已有研究指出，提取這些紙類作為生物質資源進行利用(專利文獻I)，并研究出將其制成漿狀進行回收。
紙類主要是由來源于植物的纖維素構成的，因此是生物質的ー種。其與其他生物質的區(qū)別為在造紙エ序中進行脫木質素處理，纖維素成分的純度比較高，因此，可以說在用酶進行糖化處理吋，與其他生物質相比其處理更容易。另外，在以含有許多纖維素的生物質為原料制備こ醇的方法中，當選擇包括用酶進行糖化的方法時，可認為通過同步糖化發(fā)酵方法進行反應是有益的，所述同步糖化發(fā)酵能夠抑制酶反應的生成物所產生的競爭性抑制造成的影響。所述方法是在ー個反應槽內，同時進行原料的酶解糖化和用作為發(fā)酵用微生物的酵母等引發(fā)的糖的合成代謝(生成こ醇)。目前，因糖化酶的成本高，因此為了以更少的酶用量進行反應，同步糖化發(fā)酵方法是有益的，但是為了有效地進行酶解糖化，反應需要進行幾天時間?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2002-159953號公報。

發(fā)明內容
在此，以從一般廢棄物中提取的紙漿為原料，使其同步糖化發(fā)酵制備こ醇時，在幾天的反應中，可能會產生雜菌影響。在用其他處理方法，例如用加壓加熱下水解、用硫酸等酸水解或兩者同時進行的方法制得糖液吋，由于經過了極不適于雜菌生存的狀態(tài)，因此在后續(xù)的發(fā)酵中很難因雜菌產生影響。并且以糖液為原料進行發(fā)酵時，停滯時間為幾小時，最長也就十幾小時，因此即使存在雜菌，在同時考慮其他微生物的増殖速度時，其造成的影響也因與所用的發(fā)酵用微生物間的量比關系，幾乎不受影響。另ー方面，當紙類與一般廢棄物同時運輸并與其他垃圾類相接觸時，以紙漿回收該紙類時已經存在許多雜菌，并且同步糖化發(fā)酵需要反應幾天，雜菌的存在將會造成很大影響，因此需要尋求ー種為了使用該原料制備こ醇而抑制雜菌的方法。本發(fā)明是考慮上述情況而完成的，其目的是提供ー種由一般廢棄物制備こ醇的方 法，當使用從一般廢棄物中提取出的紙漿進行同步糖化發(fā)酵反應時，該方法能夠抑制雜菌帶來的不良影響。為了解決上述技術問題，本發(fā)明人反復進行了深入研究，結果發(fā)現(xiàn)對含有紙漿的原料進行低溫熱處理，并且在同步糖化發(fā)酵反應時使用抗生素，能夠獲得與無雜菌存在下相同的こ醇生產效率。S卩，本發(fā)明的由廢棄物制備こ醇的方法，其以含有廢紙的廢棄物中的紙類作為紙漿原料回收，對該紙漿原料施加60°C以上且不足100°C的低溫熱處理，將該低溫熱處理產物降溫至適合發(fā)酵所用的發(fā)酵微生物可生長的溫度范圍，然后，同步糖化發(fā)酵使酶及發(fā)酵用微生物同時對該低溫熱處理產物發(fā)生作用，進行同步糖化發(fā)酵反應，從而制備こ醇，在該方法中，在進行同步糖化發(fā)酵反應時，添加抗生素。在此，廢棄物中，作為廢棄物處理法的 對象，可分為一般廢棄物和エ業(yè)廢棄物，作為一般廢棄物可以例舉從一般家庭排出的家庭垃圾、從寫字樓等排出的辦公垃圾等。紙類是指廢棄物中所含的紙，紙漿是指用水對這些廢棄物中的紙類進行解離(制漿)處理制得解離液后對解離液進行物理脫水處理后得到的產物，再循環(huán)的廢紙或造紙エ序中產生的造紙污泥均可適用本發(fā)明的處理方法，因此只要是來源于紙的原料即可，無特殊限定。相對于一般的滅菌處理可進行蒸汽滅菌的100°C以上，所謂低溫熱處理是源于低溫下的熱處理，在本發(fā)明中為60°C以上并且不足100°C，并且優(yōu)選70°C以上。在從廢棄物中提取紙用作原料的一系列處理工序中，可以在作為主要エ序的制漿時進行該低溫熱處理，或者，也可以對制漿后的漿液、脫水后的紙漿進行該低溫熱處理，并且，也可以通過其多個エ序進行熱處理。熱處理中的熱分布最好均一，為此可以伴有機械攪拌。熱處理的時間優(yōu)選為到達上述規(guī)定溫度后兩小時以上，進ー步優(yōu)選為4小時以上。另ー方面，雖然依賴于設施，但從其處理效率的問題考慮，優(yōu)選每天進行一般廢棄物的收集。只要有效果，本發(fā)明中的低溫熱處理的處理時間的上限沒有限定，但是根據(jù)上述情況考慮，最好在24小時以內。用低溫熱處理后的漿液進行同步糖化發(fā)酵反應時所使用的抗生素為一般可稱為抗生物質的物質。抗生素優(yōu)選為廣譜抗菌的物質，另外優(yōu)選為有效濃度低的物質，并優(yōu)選為可降低生產成本而制備的物質，但是無特殊限定。作為上述抗生素，可以舉例如放線菌素、阿奇霉素、阿撲西林、兩性霉素、阿貝卡星、氨芐西林、紅霉素、苯唑西林、氧四環(huán)素、卡那霉素、羧芐西林、克林霉素、氯霉素、氯四環(huán)素、慶大霉素、環(huán)絲氨酸、雙氫鏈霉素、鏈霉素、大觀霉素(spectinomycin)、頭孢菌素、頭孢噻吩、頭孢噻啶、頭孢喹肟、泰洛星、四環(huán)素、制霉菌素、新霉素、維吉尼霉素(virginiamycin)、潮霉素、桿菌肽、巴龍霉素、萬古霉素、嘌呤霉素、殺稻痕菌素、博萊霉素、青霉素、多黏菌素、絲裂霉素、麥考酚酸、甲氧西林、林可霉素、以及這些抗生素的衍生物及鹽中的至少ー種。所述抗生素通過阻礙維持微生物生長、増殖等生命活動所必須的生物反應來發(fā)揮活性。眾所周知，其活性通常在高濃度下發(fā)揮殺菌作用，低濃度下發(fā)揮抑菌作用，但是為了能夠獲得本發(fā)明的效果，尋求在不對同步糖化發(fā)酵反應造成惡劣影響的范圍內發(fā)揮抑菌作用。根據(jù)抗生素的不同，雖然存在即使Ippm以下也具有充分活性的抗生素，但是還考慮到抗生素自分解，因此優(yōu)選抗生素添加量為同步糖化發(fā)酵反應物重量的2ppm以上。另外，只要是發(fā)揮抑菌作用的濃度，優(yōu)選在被認為是因低溫熱處理而接近于零的雜菌的絕對值數(shù)因増殖而增加之前的同步糖化發(fā)酵反應開始時添加該抗生素。通過本發(fā)明，能夠抑制一般廢棄物中的紙類垃圾因接觸紙類垃圾以外的垃圾而產生的雜菌對同步糖化發(fā)酵反應造成的影響。其結果，能夠提高將只能被焚燒的一般廢棄物中存在的紙類用于同步糖化發(fā)酵反應原料時的收率，實現(xiàn)穩(wěn)定反應。通過提高收率，可以提高最終的こ醇濃度，不僅減少蒸餾所需的能源成本，還能夠減少設備成本所占的比例。其結果，能夠實現(xiàn)可將一般廢棄物中存在的眾多紙類這一有機資源用作生物燃料的原材料。


圖I為實施例I中低溫熱處理和高壓滅菌處理中こ醇生產效率的對比圖。圖2為實施例2中同步糖化發(fā)酵反應結束時的こ醇濃度示意圖。 圖3為以光密度記錄儀(フォトレコーダー)記錄的實施例3的抗生素濃度和雜囷抑制效果意圖。圖4為以光密度記錄儀記錄的實施例4的抗生素濃度和雜菌抑制效果示意圖。
具體實施例方式以下，通過實施例及附圖進一歩詳細說明本發(fā)明。手工從廢棄物中選出紙類，對其進行制漿處理，使用螺旋壓カ機對通過了 5mm篩的制漿漿液進行脫水，制備紙類垃圾漿。紙漿的含水率約為60%。將得到的紙漿用于以下實施例I及實施例2，將制漿時的制漿水用于以下實施例3及實施例4。(實施例I)向紙漿中加入制漿時的制漿水，將漿液濃度調整至5 %，制作三個試樣，分別于60°C、80°C、92°C下進行6小時熱處理。熱處理后，于潔凈臺內擠壓紙漿液，將濃度調整為15%，使用該紙漿進行同步糖化發(fā)酵處理。糖化用的酶為杰能科公司(ジュネンコァ)生產的纖維素酶ァクセルレース(商品名)，發(fā)酵用微生物為釀酒酵母。在同步糖化發(fā)酵反應開始時加入作為抗生素的氯霉素至5ppm,充分攪拌均勻后于40°C、150rpm下震蕩培養(yǎng)。作為另ー對照組，將原料進行高壓滅菌處理后在相同條件下進行同步糖化發(fā)酵反應。其結果如圖I所示。對于同步糖化發(fā)酵反應第5天生成的こ醇濃度，在60°C條件下熱處理后的試樣濃度稍低，但是仍可確認幾乎能得到同等程度的こ醇濃度。在上述低溫熱處理中能夠得到毫不遜色于高壓滅菌處理后的こ醇濃度。(實施例2)進ー步詳細考察實施例I所示的低溫處理與處理時間之間的關系。由廢棄物制得制漿原料并調整至約60%，使用制漿水將該制漿原料調整為20%的漿液，制作4組試樣，各自進行下述處理60°C 2小吋、60°C 4小吋、70°C 2小吋、70°C 4小時。
將上述四組試樣分別分成兩組，向其中ー組加入抗生素(氯霉素)至5ppm，另ー組不加入抗生素，其他酶的種類、酶的數(shù)量、酵母種類、酵母數(shù)量、溫度、攪拌均在與實施例I相同的條件下進行同步糖化發(fā)酵反應。作為對照組，分別使對原料進行高壓滅菌處理(陽性對照)組、完全不進行熱處理(陰性對照)組、不進行熱處理只添加抗生素(僅藥劑)組進行同步糖化發(fā)酵反應。反應進行5天后結束。結束時こ醇濃度及各反應條件如表I所示，最終こ醇濃度制成圖表，如圖2所示。當進行熱處理及未添加抗生素時，最終こ醇濃度為I. 4%，可見產量明顯下降。其他條件下，同時進行熱處理及添加抗生素時，能夠獲得與完全滅菌(高壓滅菌處理)相同的こ醇濃度。

表I實施例2的同步糖化發(fā)酵反應條件及結果
權利要求
1.由廢棄物制備こ醇的方法，其特征在于，所述方法以含有廢紙的廢棄物中的紙類為紙漿原料進行回收，對該紙漿原料施加60°C以上且不足100°C的低溫熱處理，將該低溫熱處理產物降溫至適合發(fā)酵所用的發(fā)酵微生物可生長的溫度范圍，所述溫度范圍為40 50°C，然后，使酶及發(fā)酵用微生物同時對該低溫熱處理產物發(fā)生作用，進行同步糖化發(fā)酵反應，從而制備こ醇，在該方法中，在進行同步糖化發(fā)酵反應時添加抗生素。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述低溫熱處理的溫度為70°C以上。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在于，進行2小時以上所述低溫熱處理。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，進行4小時以上所述低溫熱處理。
5.根據(jù)權利要求I 4任一項所述的方法，其特征在于，所述抗生素為選自放線菌素、阿奇霉素、阿撲西林、兩性霉素、阿貝卡星、氨芐西林、紅霉素、苯唑西林、氧四環(huán)素、卡那霉素、羧芐西林、克林霉素、氯霉素、氯四環(huán)素、慶大霉素、環(huán)絲氨酸、雙氫鏈霉素、鏈霉素、大觀霉素、頭孢菌素、頭孢噻吩、頭孢噻啶、頭孢喹肟、泰洛星、四環(huán)素、制霉菌素、新霉素、維吉尼霉素、潮霉素、桿圃妝、巴龍霉素、萬古霉素、嘿吟霉素、殺稻痕圃素、博來霉素、青霉素、多黏菌素、絲裂霉素、麥考酚酸、甲氧西林、林可霉素、以及這些抗生素的衍生物及鹽中ー種或多種。
6.根據(jù)權利要求I 5任一項所述的方法，其特征在于，相對于同步糖化發(fā)酵反應物的總重量，添加所述抗生素至2ppm以上。
7.根據(jù)權利要求I 6任一項所述的方法，其特征在于，在同步糖化發(fā)酵反應開始時添加所述抗生素。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由一般廢棄物制備乙醇的方法，該方法在使用由一般廢棄物提取的紙漿進行同步糖化發(fā)酵反應時，能夠抑制雜菌帶來的不良影響。本發(fā)明的由一般廢棄物制備乙醇的方法，其特征在于，所述方法以含有廢紙的廢棄物中的紙類為紙漿原料進行回收，對該紙漿原料施加60℃以上且不足100℃的低溫熱處理，將該低溫熱處理產物降溫至適合發(fā)酵所用的發(fā)酵微生物可生長的溫度范圍，所述溫度范圍為40～50℃，之后，使酶及發(fā)酵用微生物同時對該低溫熱處理產物作用，進行同步糖化發(fā)酵反應，從而制備乙醇，在該方法中，在進行同步糖化發(fā)酵反應時添加抗生素。
文檔編號C12P7/10GK102653776SQ20121002184
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權日2011年3月2日
發(fā)明者世良豐, 中森研一, 吉良典子, 增成伸介, 富山茂男, 木田建次, 林俊介 申請人:國立大學法人熊本大學, 日立造船株式會社