乙醇或乳酸的製備方法

2023-04-25 06:19:41

專利名稱：：乙醇或乳酸的製備方法
技術領域：
：本發明涉及乙醇或乳酸的製備方法，更具體地涉及能夠由棕櫚樹幹高收率且廉價地製備乙醇或乳酸的方法。
背景技術：
：為了從棕櫚植物的樹液中製備糖分、澱粉和油脂，從而有效利用其樹液或種子。例如，全世界由油棕生產的棕櫚油約為3，550萬噸/年，其中的約87%由馬來西亞和印度尼西亞兩個國家各佔一半，是東南亞的代表性農產品(根據2005年實績，美國農業部統計資料)。棕櫚油與大豆油等相比，較為廉價，因此，除了用於人造奶油、油炸食品用油等食用外，還廣泛用於肥皂、化妝品等工業用途。用於生產棕櫚油而栽培的油棕(oilpalm，學名Elaeisguineensis,日本名77、，弋、〉)，為了維持產量，需要按2025年的間隔再植栽培。在馬來西亞，從1980年開始正式種植，現在每年進行約4萬公項的再植栽培，約3,000萬噸的棕櫚樹幹被採伐。在不久的將來，作為迄今為止的種植面積擴大的結果，估計每年需要進行約20萬~25萬公項的再植栽培。成為採伐對象的油棕，將藥物注入樹幹使之枯萎，或者採伐後在種植園內放置或焚燒處理。對於釆伐棕櫚樹幹的放置、焚燒處理有嚴重破壞環境之顧慮，因此需要不產生環境負荷的採伐棕櫚樹幹的高效利用。不僅僅是油棕，西谷椰子(學名Cycascircinalis)、椰子(學名Cocos腦ifera)和水椰(學名NypaFruticans)等棕櫚在樹液中也含有糖分，在種子中含有大量的澱粉和油脂，因4此，棕櫚植物是非常有用的。然而，樹齡高而產量降低的棕櫚植物與油椋同樣地僅僅被採伐，也沒有作為資源高效利用。棕櫚樹幹與其它木質系生物質不同，樹幹的大部分由維管束和包圍維管束的纖維質構成。因此，作為木材的耐久性不充分，作為利用方法，比較堅固的外皮可以作為膠合板等的表面加工材衝+利用，其它部分不進4亍利用而^皮廢棄。另一方面，近年來，作為減輕石油資源枯竭和地3求變暖問題的方案，燃料用乙醇等石油替代能源和乳酸等生物塑料原料的製造技術開發非常活躍，尤其，對於燃料用乙醇，作為汽車燃料汽油的替代燃料而受到了注目，其需求是非常大的。然而，目前，大多數的燃料用乙醇由玉米澱粉和甘蔗汁等食用農產品製備，由於隨著將來的人口增加，食用農產品需求增大等，預計食用用途與能源用途之間產生竟爭。因此，渴望開發由農作物的未利用部分，即，農產品廢棄物向燃料用乙醇等的轉換技術，然而，目前技術開發的狀況是極其困難的。採伐的油棕樹千，從產出量、持續的油棕產業發展和減低環境負荷的觀點考慮，是非常有前景的生物質資源。基於這種背景，正在開發有效利用油棕纖維的技術。專利文獻l中，公開了將採伐的油棕樹千的纖維質粉碎來製造含有半纖維素、纖維素、木質素的植物纖維粉末食品的方法，但專利文獻1中沒有公開由油棕樹幹製備乙醇和乳酸的方法。專利文獻2中公開了製備含有油椋的纖維素纖維質廢棄物的飼料的方法，但作為該廢棄物，使用纖維素纖維質、空果串、果肉纖維等。然而，專利文獻2中沒有公開由油棕樹幹製備乙醇和乳酸的方法。專利文獻3中公開了將由油棕的樹葉製成的纖維粉末粉碎來製備功能性食品的方法。然而，專利文獻3沒有公開由油棕樹5幹製備乙醇和乳酸的方法。非專利文獻1中報告了由通過將油棕的纖維質水解而獲得的糖來生產乙醇的嘗試。專利文獻l:日本特開平8-221號公報專利文獻2:日本特開平9-168367號7>才艮專利文獻3:日本特開2005畫218425號7〉才艮非專利文獻1:H.H.Yeoh等,"Fermentationofoilpalmtrunkacidhydrolysatetoethanol，，,ASEANJournalonscienceandtechnologyfordevelopment,2001年，18巻(1),第1-10頁。
發明內容發明要解決的問題非專利文獻l報告了由通過水解油棕的纖維質而獲得的糖來生產乙醇，但由於水解效率低，成本高，存在離實用化很遠的問題。對於製備作為生物塑料原料的乳酸來說，強烈希望減低成本，但目前由玉米澱粉等較貴的食用農產品製備，很難降低成本。為了降低乳酸成本，需要開發以未利用的農產物作為原料的製備技術。然而，迄今為止，沒有發現與利用油棕樹幹製備乳酸的技術有關的報告。鑑於上述問題，本發明的目的是提供由棕櫚樹幹高效、穩定且廉價獲得乙醇或乳酸的製備方法。用於解決問題的方案本發明人反覆深入研究，結果發現，從棕櫚樹幹的中心區域到外側區域分區，從各部位獲得的樹液中的游離糖組成及含量顯著不同，比如樹幹內部大量葡萄糖與水分一起存在。基於該知識，完成了以由棕櫚樹幹或採伐後的棕櫚樹幹獲得的樹液和纖維質為原料，通過發酵法分別製備乙醇、乳酸的發明。也就是說，它是一種使用微生物製備乙醇或乳酸的技術，通過由椋櫚樹幹採集樹液後，對包圍維管束的纖維質進行酶處理而糖化，將所獲得的糖與樹液發酵，從而能大量地製備微生物可發酵的糖質。為了解決上述問題，本發明是一種由棕櫚樹幹製備乙醇的方法，其特徵在於包括(1)從棕櫚樹千採集樹液的工序，(2)用酶水解採集樹液後的棕櫚樹幹纖維的工序，(3)用微生物將上述工序(1)中採集的樹液和上述工序(2)中獲得的水解產物發酵的工序。由於上述本發明的方法是將棕櫚樹幹纖維與已經糖化的樹液分開而用酶進行水解，因此可以高效地進行纖維質的糖化。然後將採集樹液後的椋櫚樹幹的纖維進行水解處理而獲得的單糖或寡糖與樹液混合，用微生物處理混合物，因此，從椋櫚樹幹獲得的糖高效地發酵為乙醇。進一步，本發明是一種由棕櫚樹幹製備乳酸的方法，其特徵在於包括(1)從棕櫚樹幹採集樹液的工序，(2)用酶水解採集樹液後的棕櫚樹幹的纖維的工序，(3)用微生物將上述工序(1)中採集的樹液和上述工序(2)中獲得的水解產物發酵的工序。由於上述本發明的方法是將椋櫚樹幹纖維與已經糖化的樹液分開後再用酶進行水解，因此可以高效地進行纖維質的糖化。然後將採集樹液後的椋櫚樹幹的纖維進行水解處理而獲得的單糖或寡糖與樹液混合，用微生物處理混合物，因此，從棕櫚樹幹獲得的糖高效地發酵為乳酸。發明的效果根據本發明的乙醇的製備方法，能夠以椋櫚樹幹作為原料，高收率、低成本且穩定地製備乙醇。用該製備方法荻得的乙醇不僅可以作為石油代替能源混合到汽油中，用作諸如乙基叔丁基醚之類的汽油添加劑和此外的乙烯等的化工原料，而且可以作為食品和食品添加劑用於製造啤酒、蒸鎦酒及其它酒類、清涼飲料、醬菜、醬油等以及製造藥品和準藥品等。另外，根據本發明的乳酸的製備方法，能夠以棕櫚樹幹作為原料，高收率、低成本且穩定地製備乳酸。用該方法獲得的乳酸不僅可以用作屬於生物降解性塑料的聚乳酸的原料，而且可以作為食品添加劑用於製造啤酒、蒸餾酒及其它酒類、清涼飲料、醬菜、醬油等以及製造藥品和準藥品等。上述任何製備方法均用以往只能作為廢棄物且難以處置的採伐棕櫚樹幹作為原料，不僅能夠以高收率、低成本分別製備乙醇、乳酸，而且可以提高採伐棕櫚樹幹的資源價值，且可以確立包括持續的椋櫚樹幹處理的棕櫚關聯產業和減低環境負圖1是在與軸向垂直的方向上將採集樹液的棕櫚樹幹切斷的輪狀物的透視圖，(B)是沿(A)的X-X方向的截面圖。圖2所示為實施例2和3以及比較例l的葡萄糖的殘存量與乙醇的產量相對於發酵時間的圖。圖3所示為實施例3和4以及比較例2的葡萄糖的殘存量與乳酸的產量相對於發酵時間的圖。圖4所示為實施例5的樹液中含有的游離糖的分離色譜圖。附圖標記說明10:棕櫚一對千11:中心區域812:中間區域13:外側區i或14:樹皮15:葡萄糖的峰具體實施例方式以下參照附圖來說明用於實施本發明的具體實施方式。本發明的乙醇的製備方法和乳酸的製備方法均是使用椋櫚樹幹或採伐棕櫚樹幹為原料，用微生物將該原料發酵來製備乙醇或乳酸的方法。棕櫚樹幹可以是油棕、西谷椰子、椰子或水椰等果實產量已降低的棕櫚樹幹或者經過20年以上的棕櫚樹幹，此外除了以計劃採伐的棕櫚樹千為原料以外，還可以是用於再植栽培和計劃性栽培而採伐的椋櫚樹幹或者由於病蟲害而迫不得已採伐的、樹齡年輕的棕櫚樹幹，只要是可採集樹液的棕櫚樹幹均可。作為從棕櫚樹幹採集樹液的方法，可以使用物理壓榨、粉碎、乾燥和離心分離、伴有水蒸汽的加熱、加水、用有機溶劑的提取。另外，預先進行化學處理可以容易地採集樹液。尤其優選的是，粉碎採伐的棕櫚樹幹後，進行物理壓榨，獲得樹液和纖維，但只要可釆集，可以採用其它任何方法。樹液的採集優選在採伐後立即採集樹液。才艮據樹液中含有的游離糖的量和/或狀態，可以在採伐後放置幾個月後優選幾周後尤其優選數日後進行採集。另外，採用上述方法，可以由在冷凍、冷藏、加溫、蒸氣處理、真空處理、化學處理等狀態下保存的棕櫚樹幹採集樹液。圖1是在與軸向垂直的方向上將採集樹液的油椋和西谷椰子等椋櫚樹幹切斷的輪狀物的透視圖，(B)是沿(A)的X-X9方向的截面圖。採集樹液的棕櫚樹幹IO,如圖l所示，劃分成包括中心區域11、中間區i或12和外側區域13的樹幹部分這樣的區域。最外側表面是樹皮14。在棕櫚樹幹IO的截面直徑為約33cm的油棕初t幹的情況下，中心區域ll是/人中心軸向外擴展大約5~8cm距離的區域，中間區域12是從中心區域向外擴展大約5cm距離的區域，樹皮14的厚度是大約23cm,剩餘為外側區域13。為了乂人棕櫚樹幹採集樹液，優選從棕櫚樹幹10的中心區域ll採集，但才艮據棕櫚樹幹10的狀況，可以/人中心區域ll和中間區域12採集。此外，還可以/人外側區域13、中間區域12和中心區域11採集。其中，在本發明中，通過提取使用上述方法採集樹液後的含有維管束的纖維質殘渣的任何一種或它們的混合物，可以回收殘留的糖質。此時，在糖質不分解程度的條件下，可以進行加熱、冷卻和用pH不同的溶劑進行提取。從回收的纖維殘渣提取的糖質可以與已經採集的樹液一起使用。回收纖維質中殘留的糖之後，用酶水解採集樹液後的棕櫚樹幹纖維以及椋櫚樹幹的維管束和包圍維管束的纖維質。即，通過纖維素酶、半纖維素酶等酶或它們的混合物等，對如圖l所示的棕櫚樹幹10的中心區域ll、中間區域12、外側區域13中存在的維管束和包圍維管束的纖維質進行水解。在由該酶水解而獲得的糖液中含有來源於纖維素、半纖維素的糖即葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖和由這些成分構成的寡糖。另外，理想的是在採集樹液時預先除去樹皮14。除去的樹皮可以用作膠合板等表面加工材料，或者可以用酶水解進行糖化。根據纖維質的狀態，可以直接用上述酶進行水解處理，但優選的是，在進行酶水解之前，使用熱或化學藥劑進行預處理，以便最大限度獲得酶處理效果。尤其，在除了中心區域ll、中間區域12和外側區i或13的纖維質以外還混雜杉十皮14而進4亍酶處理時，需要使用熱和/或化學藥劑進行預處理。進一步優選的是，為了避免過度處理中心區域ll、中間區域12和外側區域13的纖維質，只將樹皮14作為另外處理的對象。即，為了高效地進行水解，理想的是，將纖維質的硬樹皮與中心區域ll、中間區域12和外側區域13的纖維質分開水解。具體地說，優選將上述纖維質與^5危酸、鹽酸、硝酸及其它酸性藥劑或者氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、尿素及其它鹼性藥劑一起在常溫下長時間處理或者在高溫下以大約IO分鐘到2小時左右的反應時間進行加熱處理。以碌u酸為例來具體說明，硫酸濃度為大約O.l~5%,優選為大約0.5~3%，加熱溫度為140~230°C,優選為大約160210°C,反應時間為1~20分鐘，優選為大約5~IO分鐘。這些預處理優選使用高壓釜等進行。在預處理結束之後，馬上進行中和處理。在預處理物為酸性的情況下，用氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、尿素、氨等鹼性藥劑中和即可，而在預處理物為石成性的情況下，用鹽酸、硫酸、硝酸等酸性藥劑中和即可。中和處理後，用酶水解已中和的預處理物。即，如上所述，添加纖維素酶和/或半纖維素酶，在放置或攪拌的同時在pH約4~6、溫度約35~60°C的條件下進行約10~IOO小時的水解反應。通過上述水解處理，棕櫚樹幹中含有的纖維質中的纖維素、ii半纖維素被水解，生成五碳糖和六碳糖。接著，將水解產物進行固液分離。固液分離的方法可以使用過濾、離心分離等。優選使用耗能小的過濾。在固液分離後的濾液中含有來源於纖維素和半纖維素的糖即葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等。在濾液為酸性的情況下，理想的是用氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、尿素、氨等鹼進行中和。通過水解該棕櫚樹幹的纖維所獲得的糖液，與上述樹液一起或者分別單獨地添加含氮、磷的營養源和後述微生物，在適當的溫度、pH等條件下培養微生物，進行乙醇發酵來製備乙醇，或者進行乳酸發酵來製備乳酸。另外，還可以在棕櫚樹幹的纖維懸浮液中直接添加纖維素酶或半纖維素酶以及後述的發酵微生物兩者，同時並行地進行酶水解和發酵。由棕櫚樹幹獲得的樹液和通過水解纖維而得到的糖液可以在進行乙醇發酵或乳酸發酵之前調整糖濃度。具體地說，糖含量優選在5重量％以上到30重量％的範圍內，但即使在該範圍以下或者在該範圍以上的糖濃度，只要可進行微生物發酵，任何濃度範圍均是可行的。另外，椋櫚樹千的樹液和由水解纖維所獲得的糖液可以調整pH。pH範圍只要是在後述微生物可生長的範圍內就沒有限制，例如調整至4~7.5,優選5~7.0。作為用於調整該pH的pH調節劑，可以使用常用的鹽酸、硫酸、醋酸、檸檬酸等酸，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氳氧化鈣、碳酸氫鈉、氨等鹼或者Tris鹽酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸氫鉀等鹽類中的任何物質。根據需要，還可以將硫酸銨、磷酸氫銨等含氮鹽類、酵母提取物、玉米漿、聚合蛋白腖(polypepton)、肉提取物、酪蛋白水解產物、大豆提取物等培養輔助成分或其它任意成分與椋12櫚樹千獲得的樹液和/或由纖維水解獲得的糖液並用。另外，根據需要可以添加鉀鹽、鈉鹽、磷酸鹽、鎂鹽、錳、鋅、鐵等無機鹽類。另外，在使用賦予營養缺陷型的微生物時，添加生長所需的營養物質即可。根據需要，可以添加青黴素、紅黴素、氯黴素、新黴素等抗生素類。作為營養輔助成分的一個例子，在添加酵母提取物的情況下，基於100重量％樹液，可以將酵母提取物調整在O.Ol~2重量％的範圍內。只要在該添加比例範圍內，就可促進微生物的發酵。接下來說明發酵時使用的微生物。作為乙醇發酵時使用的微生物，可以列舉出酵母菌屬(Saccharomyces)酵母和發酵單孢菌屬(Zymomonas)糹田菌等。作為乳酸發酵時使用的微生物，可以列舉出乳酸菌屬(Lactobacillus)糹田菌、《連5求菌屬(Streptococcus)糹田菌等。不限於這些微生物，只要是能夠由棕櫚樹千所採集、回收的樹液和纖維水解而獲得的糖液分別發酵出乙醇或乳酸的樣￡生物即可。例如，可以是基因重組的酵母或乳酸菌等微生物，通過使用這些^效生物，可以高效地生產乙醇和乳酸。另夕卜，可以並用生產纖維素酶等水解酶的微生物，例如芽孢桿菌(Bacillus)屬細菌或梭菌屬(Clostridium)細菌等。發酵溫度根據所使用的微生物而不同，優選是大約25。C~45。C的培養溫度，在該溫度範圍內可以高效地進行發酵。然而，根據微生物的種類，可以在25。C以下的低溫區或40。C以上的高溫區培養、發酵。作為其它培養條件，優選根據所使用的微生物在例如上述pH範圍或者厭氧或好氧條件下培養微生物。根據本發明的乙醇製備方法，通過將棕櫚樹幹來源的纖維與樹液分開而用酶進行水解，能夠以高收率、低成本且穩定地製備乙醇。對於纖維，除了存在於中心區域ll、中間區域12和外側區域13中的纖維質以外，還可以包括:初t皮14。在使用包括樹皮的纖維質時，在用酶進行水解之前，理想的是進行使用熱和/或化學藥劑的預處理。使用熱和/或化學藥劑的預處理可以以包括樹皮的中心區域ll、中間區域12和外側區域13的纖維質作為處理對象。然而，為了避免中心區域ll、中間區域12和外側區域13的纖維質的過度處理，更優選^5l以初t皮作為預處理的對象。用本發明的乙醇製備方法獲得的乙醇不僅可以作為石油替代能源混合到汽油中、用作諸如乙基叔丁基醚之類的汽油添加劑和此外的乙烯等的化工原料，而且可以作為食品或食品添加劑用於製造啤酒、蒸餾酒及其它酒類、清涼飲料、醬菜、醬油等，以及用於製備藥品和準藥品等。根據本發明的乳酸的製備方法，通過將椋櫚樹幹來源的纖維與樹液分開而用酶水解，能夠以高收率、低成本且穩定地製備乳酸。對於纖維，除了中心區域ll、中間區域12和外側區域13以外，還可以包括樹皮14。在使用包括樹皮的纖維質時，在用酶進行水解之前，理想的是進行使用熱和/或化學藥劑的預處理。使用熱和/或化學藥劑的預處理可以以包括樹皮的中心區域11、中間區域12和外側區域13的纖維質作為處理對象。然而，為了避免中心區域ll、中間區域12和外側區域13中存在的纖維的過度處理，更優選僅以樹皮作為預處理的對象。用本發明的乳酸製備方法獲得的乳酸不僅可以用作生物降解性塑料聚乳酸的原料，而且可以作為食品添加劑用於製備啤酒、蒸餾酒及其它酒類、清涼飲料、醬菜、醬油等，以及用於製備藥品和準藥品等。在上述任何製備方法中，均用以往只能作為廢棄物且難以處置的採伐棕櫚樹幹作為原材料，不僅能夠以高收率、低成本製備乙醇和乳酸，而且提高了採伐棕櫚樹幹的資源價值，可以確立包括持續性棕櫚樹幹處理的棕櫚關聯產業和減低環境負荷。實施例1以下進一步通過實施例來詳細說明本發明。另夕卜，實施例不限制本發明的範圍。將採伐後的直徑為32~33cm的油棕樹幹切割為厚度6.87.0cm的盤狀，4姿照約5cm間隔從中心向杉t皮14三等分地切斷為中心區域ll、中間區域12和外側區域13。除了最外部的樹皮14以外，分別將外側區域13、中間區域12、中心區域ll粗鬥分碎，然後用旋轉式粉碎機粉碎，獲得油棕樹幹粉碎物。使用玻璃過濾器，將每個區域的油棕樹幹粉碎物壓濾，釆集樹液。通過過濾從中心區域ll的部分採集的樹液量約為140cm3,從中間區域12的部分採集的樹液量約為80cm3,從外側區域13的部分採集的樹液量約為40cm3。須'J定油棕樹幹10的各區域中所含有的水分。準確稱量3~5g上述細粉碎的油棕樹幹粉碎物，在100。C下加熱乾燥24小時。準確稱量乾燥後的油棕樹幹粉碎物，由加熱乾燥前的油棕樹幹粉碎物的重量減去該重量，算出水分重量。從該結果得知，中心區域11具有83重量％的水含量，中間區域12具有75重量％的水含量，外側區域13具有68重量％的水含量，因此可知油棕樹幹IO含有大量的水分。採集樹液後，為了調查在玻璃過濾器上殘留的含有維管束的纖維部分的糖組成，纖維用蒸餾水清洗後，通過72%硫酸30°Cl小時、3%碌u酸121。Cl小時的處理來進行水解處理。通過使用脈衝式電化學檢測器(HPAE-PED)法的高效液相色鐠法測定各部分的樹液和纖維部分的糖組成和糖含量。作為分析條件，-使用DIONEXPA-1柱，使用2%氫氧化鈉水溶液(0.6cmV分鐘，28。C)作為洗脫劑。表1所示為由採伐的油棕樹幹的各區域獲得的樹液的游離糖組成和含量的圖表。作為由油棕樹幹的各區域獲得的樹液的游離糖，含有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、鼠李糖、甘露糖等。在中心區域ll的部分中，總計獲得了98g/l(^cmS的游離糖。游離糖的各成分含量(組成比(％))如下所示葡萄糖最多，為86.9%,以下，阿拉伯糖為6.6%，甘露淨唐為4.2%，半乳糖為0.9%,木糖為0.7%，鼠李糖為0.4%。表l游離糖組成(組成比％)中心區域中間區域外側區域阿拉伯糖6.65.09.3半乳糖0.91.34.8葡萄糖86.986.265.7木糖0.71.47.2鼠李糖0.40.82.5甘露糖4.25.110.5其它0.30.20.5合計(g/103cm3)9860.520.5在中間區域12的部分中，獲得了總計60.5g/10、iT^的游離糖，各成分含量如下所示葡萄糖最多，為86.2%，以下，甘露糖為5.1%，阿拉伯糖為5%，木糖為1.4%，半乳糖為1.3%，鼠李糖為0.8%。在外側區域13的部分中，獲得了總計20.5g/10、mS的游離糖，各成分含量如下所示葡萄糖最多，為65.7%,以下，甘16露糖為10.5%,阿拉伯糖為9.3%，木糖為7.2%，半乳糖為4.8%,鼠李糖為2.5%。從上述結果可以看出，從油棕樹幹的各區域獲得的樹液的游離糖在中心區域11、中間區域12和外側區域13中分別為98g/103cm3、60.5g/103cm3、20g/103cm3，中心區域ll最多，夕卜側區域13最少。可以看出，在油棕樹幹的^f壬何區域中，游離糖中葡萄糖最多，為組成的約66%以上，並且在中心區域ll和中間區域12中含有86%以上。表2所示為游離糖提取後的油棕樹幹纖維的各區域中含有的構成糖的組成及其含量的表，可以看出，作為糖，含有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖。在中心區域ll的部分中，每lg重量樹幹纖維獲得了總計0.85g的游離糖。游離糖的各成分含量如下所示葡萄糖最多，為0.61g,以下是阿拉伯糖為0.02g,半乳糖為0.02g，木糖為0.19g。在中間區域12的部分中，每lg重量樹幹纖維獲得了1.04g糖分，糖的各成分含量如下所示葡萄糖最多，為0.76g,以下是木糖為0.23g,阿拉伯糖為0.03g,半乳糖為0.02g。在外側區域13的部分中，每lg重量樹幹纖維獲得了0.97g糖分，糖的各成分如下所示葡萄糖最多，為0.75g,以下，木糖為0.20g，阿拉伯糖和半乳糖分別為O.Olg。表2(g/g樹幹纖維乾燥物重量)中心區域中間區域外側區域阿4立伯#唐0.020.030.01半乳糖0.020.020.01葡萄糖0.610.760.75木糖0.190.230.2017tableseeoriginaldocumentpage18從這些結果可以看出，由採伐油棕樹幹的千而獲得的纖維在中心區域ll、中間區域12和外側區域13的各部分中，每lg重量樹幹纖維的糖含量為大約0.85~1.04g,在所有情況下，葡萄糖為主要成分。接下來，用蒸餾水清洗獲得樹液後的纖維部分，然後用酶進行水解處理。首先，在1.4g纖維中添加20cm3的50mM的醋酸緩衝液，形成懸浮液。在該懸浮液中添加20單位絲狀菌理氏木黴(TrichodermaReesei)來源的纖維素酵(Novozyme),^f呆持在5(TC下，進行3天酶水解。用玻璃過濾器從酶水解獲得的反應液中除去不溶性殘渣，用過濾器過濾，獲得透明的糖溶液。該糖溶液中含有葡萄糖。用試劑盒(和光純藥製造，葡萄糖CII)測定糖溶液的葡萄糖濃度，換算為油椋樹幹纖維的重量，可知每lg油椋樹幹纖維獲得了0.2g葡萄糖。另外，在不添加上述酶的情況下，沒有發現葡萄糖的分離。使用從上述採伐的油棕樹幹10的中心區域ll採集的樹液，進行實施例l的用微生物的乙醇發酵。具體地說，添加蒸餾水，調整樹液中的葡萄糖濃度至55g/103cm3，在該糖溶液中添加0.5重量％酵母提取物和0.2重量%硫酸銨，調整pH至6.0,然後進行過濾器過濾滅菌，接種酵母(酒類綜合研究所製造，釀酒酵母菌協會7號)，在30。C、靜置條件下發酵24小時。培養後，使用氣相色譜儀(島津製作所製造，BC-2014型)測定培養液中蓄積的乙醇的濃度。(比較例1)接著，說明與實施例l比較的比較例1。為了研究樹液中含有的成分對酵母的發酵有無抑制，使用葡萄糖試劑(和光純藥製造，041-00595,特級試劑)，用水製成60g/103cm3的濃度，添加與實施例1同樣的酵母#是耳又物和硫酸銨，進行過濾器過濾滅菌，形成培養基，與實施例l同樣地接種酵母，進行乙醇發酵。實施例2使用將從採伐的油棕樹幹10的中心區域ll提取的樹液與纖維的酶水解產物混合而成的原料，進行用微生物的乙醇發酵。其中，將纖維的酶分解物在50"C下乾燥濃縮一夜，在先前獲得的含氮源的樹液中溶解，進行過濾器過濾滅菌後，供給乙醇發酵試驗。其它條件與實施例l相同。說明實施例1和2以及比較例1的結果。圖2所示為實施例l和2以及比4支例l的葡萄#唐殘存量和乙醇的產量相對於發酵時間的圖。在圖中，橫軸是發酵時間(小時)，左縱軸為葡萄糖殘存量(g/103cm3)、右縱軸為乙醇產量(g/103cm3)。圖中，白圓(o)、白三角(△)、白正方形(□)曲線分別表示實施例1、實施例2和比4支例l的培養液中的葡萄糖殘存量，黑圓、黑三角(▲)、黑正方形(■)曲線分別表示實施例1、實施例2和比較例1的培養液中蓄積的乙醇產量。從圖2可以看出，在實施例l的使用樹液的乙醇發酵中，培養約12小時後大部分葡萄糖被消耗，24小時後培養液中乙醇蓄積濃度為30g/103cm3。該值相當於由葡萄糖濃度計算的乙醇的理論收率的107%,據認為這是由於樹液中含有的甘露糖、半乳糖等葡萄糖以外的糖也轉化為乙醇的緣故。24小時後蓄積的乙醇的每l小時的乙醇生成效率為1.25g/103cm3。這些數值與比較例l的發酵試驗是同等的，因此，可以看出，實施例l中的乙醇發酵完全沒有受到抑制。從圖2可以看出，在實施例2的用樹液和纖維的酶水解產物混合而成的原料進行發酵時，發酵開始時葡萄糖濃度為65g/103cm3，24小時以內葡萄糖被消耗，乙醇生成結束，培養液中生成了33g/l(^cmS乙醇。這相當於由葡萄糖濃度算出的乙醇生成的理論收率的幾乎100%,乙醇生成速度每1小時高達約1.3g/103cm3，可以看出能夠高效地製備乙醇。實施例3使用與實施例l的乙醇發酵中所用的衝對液相同的樹液，用凝:生物進行乳酸發酵。添加蒸餾水來調節從中心區域ll採集的樹液，使得樹液中的葡萄糖濃度為55g/10、m3。在含有該樹液的糖溶液中添加0.5重量％酵母提取物和0.2重量％肉提取物，將pH調整至7.0,然後進行過濾器滅菌過濾，接種乳酸菌(美國模式菌種保藏中心，乳酸乳球菌(LactococcusLactis)ATCC19435菌抹)，保持在30。C,進行48小時的所謂靜置培養。乳酸發酵後，通過使用柱後pH緩衝電導率檢測法的高效液相色譜有機酸分析系統(島津製作所製造，Prominence)測定培養液中蓄積的乳酸濃度。(比較例2)接下來說明與實施例3比較的比較例2。為了研究樹液中含有的成分對乳酸菌發酵有無抑制，使用葡萄糖試劑(和光純藥製造，041-00595，特級試劑)，用水製成60g/l(^cm3的濃度，添加與實施例3同樣的酵母提取物和肉提取物，進行過濾器過濾滅菌，形成培養基，與實施例3同樣地接種乳酸菌，進行乳酸發酵。實施例4除了使用從採伐的油椋樹幹10的中心區域ll提取的樹液與纖維的酶水解產物混合而獲得的原料以外，與實施例3同樣地進行乳酸發酵。其中，將纖維的酶分解物在50。C下乾燥濃縮一夜，20在先前獲得的含氮源的樹液中溶解，用過濾器過濾後使用。-沈明實施例3和4以及比4交例2的結果。圖3所示為實施例3和4以及比較例2的葡萄糖殘存量和乳酸的產量相對於發酵時間的圖。橫軸為發酵時間(小時)，左縱軸為葡萄糖殘存量(g/103cm3)、右縱軸為乳酸產量(g/103cm3)。圖中，白圓(o)、白三角(△)、白正方形(□)曲線分別表示實施例3、實施例4和比較例2的培養液中的葡萄糖殘存量，黑圓、黑三角(▲)、黑正方形(■)曲線分別表示實施例3、實施例4和比較例2的培養液中蓄積的乳酸產量。在實施例3的4吏用樹液的乳酸發酵中，培養48小時後大部分葡萄糖被消耗，培養液中乳酸蓄積濃度為50g/103cm3。乳酸生成速度約為每小時1.04g/l(^cm3。這些結果與作為對照試驗的比較例2的葡萄糖培養基中的發酵試驗幾乎相同。實施例4是在實施例3的樹液中進一步混合纖維的酶分解物時的乳酸發酵，發酵開始的葡萄糖濃度為65g/103cm3。培養48小時後，葡萄糖被消耗，乳酸生成結束，培養液中蓄積的乳酸濃度為58g/103cm3。乳酸生成速度約為每l小時1.2g/l3cm3，與比較例2的乳酸發酵相同。實施例5為了從樹液中分離提取游離糖，通過使用實施例l中所述的高效液相色i普儀的糖分析，進行檢測到的糖的分離提取。圖4所示為實施例5的樹液中含有的游離糖的分離色譜圖。圖中，橫軸為洗脫時間(分鐘)，縱軸為信號強度(mA)。如圖4所示，游離糖中可以提取葡萄糖15，它是顯示了洗脫時間為約32~44分鐘前後的峰的級分。與葡萄糖同樣地，分別回收作為其它峰4皮識別的級分。對回收的葡萄糖溶液或者同樣回收的包括其它游離糖的溶液進行冷凍乾燥。這樣，通過使用適當的色21譜儀，可以容易地分離回收樹液中的游離糖。實施例6僅使用實施例l中獲得的樹液，使用與實施例l同樣的酵母進行乙醇發酵。在從中心區域ll的部分採集的樹液(葡萄糖濃度55g/10、m3)中不添加實施例2中添加的氮源，不調整pH,直接進行過濾器過濾滅菌，接種與實施例l同樣的酵母，在同樣的培養條件(30°C、24小時)下進行乙醇發酵。在實施例6中，與實施例l中獲得的結果幾乎相同，確認由上述培養液以100%的收率蓄積乙醇。實施例7僅使用實施例l中獲得的樹液，進行用乳酸菌的乳酸發酵。在從中心區域ll的部分中採集的樹液(葡萄糖濃度55g/10、m3)中不添加實施例3中添加的氮源，也不調整pH,直接進行過濾器過濾滅菌，接種與實施例4同樣的微生物，在同樣的培養條件(30°C、48小時)下進行乳酸發酵。在實施例7中，與實施例3中獲得的結果幾乎相同，確認由上述培養液以100%的收率蓄積乳酸。由上述實施例6和7的結果可知，通過<叉<吏用4對液以及實施例l和3中使用的微生物菌種，可以簡便且高效地進行乙醇發酵和乳酸發酵。根據上述實施例，可以確認，使用大量廢棄的釆伐油棕樹幹或者其樹液等的組合物，能夠低成本且簡便地製備乙醇或乳酸。實》4例8另外，除了油棕樹幹以外，同樣地可以從作為椰子樹幹的西谷椰子中採集樹液。將採伐後的直徑為45cm的西谷椰子樹幹切割為厚度約6cm的盤狀，按照約7.5cm間隔從中心向樹皮14三等分地切斷為中心區域ll、中間區域12和外側區域13。與實施例l同樣，除了最外部的樹皮14以外，分別將外側區域13、中間區域12、中心區域ll粗粉碎，獲得西谷椰子樹幹粉石卒物。測定西谷椰子樹幹10的各區域中含有的水分。準確稱量約0.3~lg的上述粉碎的西谷椰子樹幹粉碎物，在70。C下加熱乾燥96小時。準確稱量乾燥後的西谷椰子樹幹粉碎物，由加熱乾燥前的西谷椰子樹幹粉碎物的重量減去該重量，算出水分重量。從該結果可知，中心區域11具有45重量％的水含量，中間區域12具有37重量％的水含量，外側區域13具有39%的水含量，因此西谷椰子樹幹10與油棕同樣，含有大量的水分。為了弄清楚西谷椰子樹幹中的糖組成和糖含量，使用玻璃過濾器，將中心區域的西谷椰子樹幹粉碎物壓濾，採集樹液。通過過濾從中心區域ll的部分採集的樹液量約為16cm^通過使用示差折光檢測器(RI)法的高效液相色譜儀測定糖組成和糖含量。作為分析條件，使用CARBOSepCHO-682柱(東京化成)，使用水(0.4cmV分鐘、80°C)作為流動相進行分析。表3所示為游離糖提取後的西谷椰子樹幹纖維的中心區域中含有的構成糖組成及其含量的表，作為糖，含有24.1%蔗糖、28.7%葡萄糖、2%阿拉伯糖、0.25%半乳糖、31.8%果糖。由此可以看出，與/人油棕樹幹粉碎物獲得的樹液相同，西谷椰子樹幹含有約86%的可發酵的糖，其主要成分同樣是葡萄糖等。表3tableseeoriginaldocumentpage23果糖31.8合計(g/dm3)86.85本發明不限於上述實施方案，在權利要求中所述的發明範圍內可以做出各種改變。從油棕樹千採集的原料可以進行各種處理，用於乙醇發酵或乳酸發酵的培養基和用於這些發酵的微生物可以根據從油棕樹幹獲得的原料及其形狀而適當地選擇，這些也自然包含在本發明的範圍內。產業上的可利用性本發明開發了一種主要使用大部分廢棄的棕櫚樹幹的中心部分來低成本且簡便地生產燃料用乙醇或生物塑料用乳酸的技術，目的是減少化石資源的消耗量和解決地球變暖問題等環境問題，有助於培育和發展新型生物質產業。另外，可以認為這將大大有助於以東南亞為中心的椋櫚油產業的進一步高效化、高收益化以及持續發展。2權利要求1.一種由棕櫚樹幹製備乙醇的方法，該方法包括(1)從棕櫚樹幹採集樹液的工序；(2)用酶水解採集樹液後的棕櫚樹幹纖維的工序；(3)用微生物將上述工序(1)中採集的樹液和上述工序(2)中獲得的水解產物發酵的工序。2.根據權利要求l所述的乙醇的製備方法，其中所述棕櫚樹幹是被除去了樹皮的棕櫚樹幹。3.根據;K利要求1或2所述的乙醇的製備方法，其中所述工序(2)和(3)同時進行。4.根據權利要求l~3的任一項所述的乙醇的製備方法，其中包括在所述工序(2)之前用酸或鹼水解所述椋櫚樹幹纖維以及將所得水解產物中和的工序。5.根據權利要求l~4的任一項所述的乙醇的製備方法，其中將所述樹液與所述水解產物混合來進行發酵。6.根據權利要求l~4的任一項所述的乙醇的製備方法，其中所述樹液與所述水解產物分別進行發酵。7.—種由棕櫚樹幹製備乳酸的方法，所述方法包括(1)從椋櫚樹幹採集樹液的工序；(2)用酶水解採集樹液後的棕櫚樹幹纖維的工序；(3)用微生物將上述工序(1)中採集的樹液和上述工序(2)中獲得的水解產物發酵的工序。8.根據權利要求7所述的乳酸的製備方法，其中所述棕櫚樹幹是被除去了樹皮的棕櫚樹幹。9.根據權利要求7或8所述的乳酸的製備方法，其中所述工序(2)和(3)同時進行。10.根據權利要求79的任一項所述的乳酸的製備方法，其中包括在所述工序(2)之前用酸或鹼水解所述棕櫚樹幹纖維以及將所得水解產物中和的工序。11.根據權利要求7-IO的任一項所述的乳酸的製備方法，其中將所述樹液與所述水解產物混合來進行發酵。12.#4居^1利要求7~IO的任一項所述的乳酸的製備方法，其中所述樹液與所述水解產物分別進行發酵。全文摘要本發明提供了由棕櫚樹幹高效且低成本地製備乙醇和乳酸的方法。從棕櫚樹幹提取樹液，用酶水解提取樹液後的棕櫚樹幹的纖維，進行糖化。然後用微生物將樹液和所得糖化液發酵，製備乙醇或乳酸。另外，作為用酶進行糖化處理的預處理，還可以用酸或鹼水解棕櫚樹幹的纖維。另外，通過水解進行糖化處理和通過微生物進行發酵可以同時進行。通過微生物進行發酵，其既可以與作為棕櫚樹幹的水解產物的糖化液混合來進行，也可以分別進行。文檔編號C12P19/14GK101589151SQ20078005043公開日2009年11月25日申請日期2007年12月22日優先權日2007年1月25日發明者小杉昭彥,村田善則,隆森,田中良平,真柄謙吾申請人:獨立行政法人國際農林水產業研究中心;獨立行政法人森林綜合研究所