稲わらに含まれるセルロースとヘミセルロースをバイオブタノールに変換する新規な統合プロセスを確立した

A novel integrated process to convert cellulose and hemicellulose in rice straw to biobutanol.

• Jiwen Wu
• Lili Dong
• Bingfeng Liu
• Defeng Xing
• Chunshuang Zhou
• Qi Wang
• Xiukun Wu
• Liping Feng
• Guangli Cao

抄録

本研究では、稲わらからブタノールを製造するための新しい統合プロセスを確立した。最初の前処理では、-12℃でのNaOH/Urea前処理で10.9gのリグニンを効率的に除去し、100gの稲わら中のセルロースとヘミセルロースを91.54%保存した。その後、トリコデルマ・ビライドから産生される粗セルラーゼを用いて、前処理した稲わらを発酵のための単糖に変換した。100gの稲わらから得られたグルコース、キシロース、アラビオースの収率はそれぞれ31g、13.4g、0.48gであり、粗酵素の糖化効率は69.45%であった。最後に、炭素異化抑制（CCR）を緩和し、ブタノールの生産性を高めるために、Clostridium beijerinckiiとSaccharomyces cerevisiaeの共培養系を適用した。その結果、C. beijerinckii F-6の単独培養系と比較して、より多くの糖質が消費され、特にキシロースの還元率は81.87％となり、単独培養系と比較して32.99％の高い還元率を示した。また、より多くの基質が代謝されると、ブタノール濃度は10.62g/Lとなり、基質0.28g/gに相当し、モノカルチャー系と比較して115.38％の高濃度となった。以上のように、この統合プロセスは、稲わらからのブタノール生産において、低エネルギー消費量かつ効率的な方法であることがわかった。

A novel integrated process was established in this study to produce butanol from rice straw. In the first pretreatment, an alternative NaOH/Urea preatment operated at -12 C efficiently removed 10.9 g lignin and preserved 91.54% cellulose and hemicellulose in 100 g rice straw. Subsequently, crude cellulase produced from Trichoderma viride was used to convert pretreated rice straw to mono-sugars for fermentation. The yields of glucose, xylose and arabiose obtained from 100 g rice straw were 31 g, 13.4 g and 0.48 g, respectively, resulting in a 69.45% saccharification efficiency of crude enzyme. Finally, to alleviate the carbon catabolite repression (CCR) and enhance butanol production, the coculture system of Clostridium beijerinckii and Saccharomyces cerevisiae was applied. Compared to monoculture of C. beijerinckii F-6, more sugars were consumed, especially the reduction rate of xylose reached to 81.87%, 32.99% higher than that in monoculture system. With more substrate facilitied into metabolism, the butanol concentration reached to 10.62 g/L corresponding to 0.28 g/g substrate, 115.38% higher than that in monoculture system. Overall, this integrated process was a low-energy consumption and efficient method for butanol production from rice straw.

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