Способ изготовления вспомогательного фильтрующего материала

Способ изготовления вспомогательного фильтрующего материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления вспомогательного фильтрующего материала на основе целлюлозы.

Уровень техники

Процесс получения прозрачной жидкости из высокомутной жидкости представляет собой важный процесс в пищевой промышленности и обработке сточных вод. Центрифугирование известно как способ отделения суспендированных веществ, содержащихся в высокомутной жидкости, от этой жидкости.

Винтовая центрифуга типа декантатора известна как центрифуга для использования в центрифугировании. Однако хотя известно, что эта центрифуга является превосходной с точек зрения скорости обработки и масштабирования, ее центробежная сила ограничена уровнем, составляющим лишь от 2000 до 3000 G, и, таким образом, оказывается затруднительным эффективное отделение суспендированных компонентов. Еще одним примером центрифуги является центрифуга типа De Laval, которая представляет собой высокоскоростную непрерывную центрифугу с центробежной силой, составляющей приблизительно 8000 G. Однако с помощью этой центрифуги невозможна обработка при высокой концентрации твердых веществ. Кроме того, с помощью этой центрифуги невозможно полностью отделять тонкодисперсные компоненты, и они частично остаются, что является проблематичным. Следующий пример центрифуги представляет собой ультравысокоскоростная центрифуга типа Sharpies, у которой центробежная сила составляет приблизительно 20000 G. Для этой центрифуги используется выгрузка периодического типа, и невозможно легко увеличивать размер центрифуги вследствие ограничения прочности, что является проблематичным.

Фильтрование представляет собой еще один эффективный способ повышения прозрачности высокомутной жидкости. В пищевой промышленности, обработке сточных вод и других отраслях существуют способы, в которых представляющую интерес высокомутную жидкость фильтруют с использованием вспомогательного фильтрующего материала через всасывающее фильтровальное устройство, такое как фильтр с намывным слоем, или через нагнетательное фильтровальное устройство, такое как фильтр-пресс, и известные примеры таких способов включают способы, в которых используется диатомовая земля или перлит, в частности, диатомовая земля, в качестве вспомогательного фильтрующего материала (см. непатентный документ 1). Однако было сделано предположение, что вспомогательные фильтрующие материалы с использованием диатомовой земли могут вызывать проблемы при утилизации использованной диатомовой земли и безопасности самой диатомовой земли (см. непатентный документ 2).

Для решения этих проблем были разработаны вспомогательные фильтрующие материалы с использованием органических веществ, таких как целлюлоза. Однако при обработке высокомутной жидкости произведенный из целлюлозы вспомогательный фильтрующий материал оказывается менее эффективным для повышения прозрачности фильтрата, чем диатомовая земля, и использование произведенного из целлюлозы вспомогательного фильтрующего материала приводит к снижению скорости фильтрования, что является проблематичным.

Для решения этих проблем был предложен способ, в котором регулируется распределение по размерам частиц порошка целлюлозы для использования порошка целлюлозы в качестве вспомогательного фильтрующего материала (см. патентный документ 1), и способ, в котором регулируется содержание целлюлозы во вспомогательном фильтрующем материале (см. патентный документ 2). Однако в этих способах прозрачность фильтрата и скорость фильтрования являются недостаточными для фильтрования высокомутной жидкости, и уровни эффективности этих способов ниже эффективности диатомовой земли.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: JP 9-173728 A

Патентный документ 2: JP 58-40145 A

Непатентные документы

Непатентный документ 1: Derek B. Purchas, Mompei Shirato, «Solid-liquid Separation Equipment Scale-up», Gihodo Shuppan Co., Ltd. (1979)

Непатентный документ 2: Toshiro Murase/Eikichiro Akatsuka/Masato Shibata, «Solid-liquid Separation», Korin Publishing Co., Ltd. (1988).

Сущность изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Таким образом, чтобы решить описанные выше проблемы, т.е. чтобы получить прозрачную жидкость из высокомутной жидкости, выполнено настоящее изобретение с целью предложения вспомогательного фильтрующего материала на основе целлюлозы, имеющего более высокую эффективность отделения суспендированных веществ, чем традиционные вспомогательные фильтрующие материалы, а также способ его изготовления.

Средства решения проблем

В результате интенсивного исследования, предназначенного для решения описанных выше проблем, авторы настоящего изобретения обнаружили, что вспомогательный фильтрующий материал, полученный путем обработки целлюлазой содержащей целлюлозу биомассы, можно использовать в качестве вспомогательного фильтрующего материала, который обеспечивает эффективное фильтрование жидкости с низкой фильтруемостью, что позволяет решить описанные выше проблемы, и в результате этого было выполнено настоящее изобретение.

Таким образом, настоящее изобретение заключается в способе изготовления вспомогательного фильтрующего материала, причем данный способ включает следующие стадии: (A) получение предварительно обработанной биомассы путем измельчительной обработки и/или термохимической обработки содержащей целлюлозу биомассы; (B) обработка предварительно обработанной биомассы, полученной на стадии (A), целлюлазой для получения обработанного целлюлазой продукта; и (C) получение твердого содержимого обработанного целлюлазой продукта, полученного на стадии (B).

В настоящем способе целлюлаза включает целлобиогидролазу и количество осадка после разложения нерастворимого в воде обработанного целлюлазой продукта при определении методом LAP NREL составляет не менее чем в 1,5 раза больше, чем количество, определенное перед обработкой целлюлозой.

Термохимическая обработка, используемая в данном способе, представляет собой по меньшей мере один вид обработки, выбранный из группы, которую составляют щелочная обработка, аммиачная обработка, кислотная обработка, гидротермальная обработка и обработка паровым взрывом.

Предложен также способ фильтрования, включающий фильтрование высокомутной жидкости с использованием вспомогательного фильтрующего материала, полученного вышеуказанным способом изготовления вспомогательного фильтрующего материала.

В способе фильтрования используют обработку с помощью фильтр-пресса, и количество сухого продукта вспомогательного фильтрующего материала составляет не менее чем 0,5% масс. и менее чем 25% масс. по отношению к фильтруемой жидкости.

Изобретение относится также к вспомогательному фильтрующему материалу на основе целлюлозы, включающему нерастворимый в воде обработанный целлюлазой продукт содержащей целлюлозу биомассы, причем целлюлаза включает целлобиогидролазу.

Эффект изобретения

Используя настоящее изобретение, можно получить вспомогательный фильтрующий материал на основе целлюлозы, имеющий более высокую эффективность отделения суспендированных веществ, чем традиционные вспомогательные фильтрующие материалы. С помощью этого вспомогательного фильтрующего материала, имеющего повышенную эффективность отделения суспендированных веществ, можно получить прозрачную жидкость из высокомутной жидкости. Более конкретно, используя вспомогательный фильтрующий материал согласно настоящему изобретению, можно эффективно получать прозрачный фильтрат из жидкости с низкой фильтруемостью, и виды фильтровальной обработки, которые до настоящего времени были затруднительными, такие как обработка сточной воды, полученной из биомассы, и обработка произведенных микроорганизмами веществ, можно осуществлять, используя вспомогательный фильтрующий материал, произведенный из целлюлозы, которая представляет собой органическое вещество. Таким образом, обработку жидкости можно осуществлять при низкой нагрузке на окружающую среду и низкой стоимости.

Более конкретно, в отношении цели получения прозрачной жидкости из высокомутной жидкости, авторы настоящего изобретения обнаружили, что вспомогательный фильтрующий материал на основе целлюлозы согласно настоящему изобретению, подвергнутый определенной ферментативной обработке, имеет чрезвычайно повышенную эффективность отделения суспендированных веществ по сравнению с традиционными вспомогательными фильтрующими материалами на основе целлюлозы. Кроме того, вспомогательный фильтрующий материал согласно настоящему изобретению является еще более эффективным в отделении суспендированных веществ, чем традиционные вспомогательные фильтрующие материалы на основе диатомовой земли. Следующее неожиданное открытие заключалось в том, что вспомогательный фильтрующий материал согласно настоящему изобретению также обеспечивает значительное повышение скорости обработки сточной фильтруемой жидкости по сравнению с традиционными вспомогательными фильтрующими материалами на основе целлюлозы. В результате оценки прозрачности фильтрата, полученного с использованием вспомогательного фильтрующего материала согласно настоящему изобретению, в отношении фильтруемости через микрофильтрующую мембрану, было обнаружено, что значительное улучшение фильтруемости может быть достигнуто только в тех случаях, где жидкость была получена с использованием вспомогательного фильтрующего материала согласно настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет полученное сканирующим электронным микроскопом (SEM) изображение содержащей целлюлозу биомассы, подвергнутой тонкой измельчительной обработке.

Фиг. 2 представляет изображение, показывающее результат электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия (SDS-PAGE) целлюлазы (Accellerase DUET).

Фиг. 3 представляет изображение, показывающее результат SDS-PAGE адсорбированного фермента нерастворимого в воде обработанного целлюлазой продукта.

Фиг. 4 представляет полученные оптическим микроскопом фотографии, показывающие состояние гидротермально обработанного продукта, причем данные микрофотографии были сняты до и после ферментативной обработки.

Фиг. 5 представляет полученные сканирующим электронным микроскопом изображения, показывающие состояние продукта, обработанного водным аммиачным раствором, причем данные изображения были получены до и после ферментативной обработки.

Вариант осуществления изобретения

Далее приведено более подробное описание настоящего изобретения.

Стадия (A), которая представляет собой первую стадию способа изготовления вспомогательного фильтрующего материала согласно настоящему изобретению, является стадией, на которой содержащую целлюлозу биомассу подвергают измельчительной и/или термохимической обработке, чтобы получить предварительно обработанную биомассу.

Термин «содержащая целлюлозу биомасса» при использовании настоящем документе означает материал, произведенный организмом, причем данный материал содержит целлюлозу в количестве, составляющем не менее чем 5% масс. Конкретные примеры содержащей целлюлозу биомассы включают травяные типы биомассы, такие как багасса (отходы переработки сахарного тростника), просо прутьевидное, слоновая трава, шерстоцвет, кукурузная солома (стебли и листья кукурузы), остатки клубней и корней, рисовая солома, мякина и пшеничная солома; и древесные типы биомассы, такие как деревья и отходы строительных материалов. Содержание такой целлюлозы, без учета воды, составляет предпочтительно от 10% до 100% и предпочтительнее от 20% до 100%.

Поскольку в таких типах содержащей целлюлозу биомассы присутствует лигнин в форме ароматических макромолекул, а также целлюлоза/гемицеллюлоза, их также называют термином «лигноцеллюлоза». Содержащую целлюлозу биомассу составляют, в грубом приближении, компонент целлюлозы, компонент гемицеллюлозы, компонент лигнина и неорганический компонент, и содержание каждого компонента различается в значительной степени в зависимости от типа биомассы и условий роста.

На стадии (A) способа изготовления вспомогательного фильтрующего материала согласно настоящему изобретению содержащую целлюлозу биомассу подвергают измельчительной и/или термохимической обработке. В тех случаях, где осуществляют как измельчительную, так и термохимическую обработку, последовательность осуществления измельчительной и термохимической обработки не является ограниченной. Измельчительную и термохимическую обработку можно осуществлять одновременно, или их можно осуществлять поочередно.

Примеры измельчительной обработки согласно настоящему изобретению включают тонкую измельчительную обработку путем механической нарезки волокон с использованием ножевой мельницы, молотковой мельницы, дробилки или подобного устройства. Существуют две причины для осуществления измельчения. Во-первых, измельчение своим действием уменьшает насыпную плотность во время реакции и, следовательно, обеспечивает в максимально возможной степени реакцию содержащей целлюлозу биомассы в контейнере. Во-вторых, измельчительная обработка упрощает протекание реакции термохимической обработки или ферментативной обработки. Для измельчительной обработки часто используют молотковую мельницу или ножевую мельницу, и средний размер частиц в таких случаях составляет от 0,1 мм до 10 мм, хотя на средний размер частиц влияет размер ячеек сита, используемого для классификации. Примеры тонкой измельчительной обработки включают обработку в шаровой мельнице, и полученный порошок может быть мельче, чем порошок, полученный путем измельчительной обработки, вследствие столкновений между шариками из керамического материала, такого как диоксид циркония. Средний размер частиц составляет приблизительно от 10 мкм до 100 мкм, хотя на средний размер частиц влияет продолжительность времени обработки с помощью шаровой мельницы.

Согласно настоящему изобретению термохимическая обработка означает термическую обработку и/или химическую обработку содержащей целлюлозу биомассы. Более конкретные примеры предварительной обработки представляют собой кислотная обработка, которую осуществляют, используя разбавленную серную кислоту или сульфит при высокой температуре и высоком давлении; щелочная обработка, которую осуществляют, используя водный раствор щелочи, такой как гидроксид кальция или гидроксид натрия; аммиачная обработка, которую осуществляют, используя жидкий аммиак или газообразный аммиак, или водный раствор аммиака; гидротермальная обработка, которую осуществляют, используя горячую воду под давлением; и обработка паровым взрывом, в которой на содержащую целлюлозу биомассу воздействует водяной пар в течение короткого времени, а затем давление мгновенно снижается, вызывая измельчение вследствие увеличения объема.

Среди типов термохимической обработки кислотная обработка представляет собой способ обработки, в котором кислый водный раствор серной кислоты, сульфита или подобного вещества и содержащая целлюлозу биомасса реагируют в условиях высокой температуры и высокого давления, и получается предварительно обработанный продукт. Как правило, лигнин растворяется в ходе кислотной обработки. Кроме того, сначала гидролизуется компонент гемицеллюлозы, которая имеет низкую степень кристалличности, после чего следует разложение компонента целлюлозы, которая имеет высокую степень кристалличности. При осуществлении процесса, включающего две или больше стадий, возможно селективное элюирование каждого компонента в зависимости от цели.

Кислота, используемая для кислотной обработки, представляет собой кислоту, которая вызывает гидролиз, и примеры кислоты представляют собой лимонную кислоту, уксусную кислоту, азотную кислоту и фосфорную кислоту. С экономической точки зрения предпочтительной является серная кислота. Концентрация кислоты составляет предпочтительно от 0,1 до 15% масс., предпочтительнее от 0,5 до 5% масс. Температура реакции может находиться в интервале от 100 до 300°C. Продолжительность реакции может находиться в интервале от 1 секунды до 60 минут. Число раз обработки может равняться по меньшей мере одному.

Жидкость на стороне элюированных компонентов, полученная путем такой термохимической обработки, включает лигнин, а также большое количество компонента ксилозы, произведенного из гемицеллюлозы, и эта жидкость может оказаться применимой для изготовления ксилозы или ксилита, получаемого из ксилозы. Однако поскольку лигнин элюируется аналогично гемицеллюлозе, компонент лигнина, вероятно, вызывает закупоривание на стадии фильтрационной обработки. Даже в тех случаях, где осуществляют центрифугирование, эффективное отделение лигнина после тонкого измельчения оказывается практически невозможным, поскольку лигнин представляет собой ароматический органический полимер и, следовательно, имеет низкую плотность. Таким образом, требуется технология, которая обеспечивает устойчивое фильтрование, чтобы также осуществлять высокоэффективное отделение компонентов, имеющих такие мелкие частицы.

Среди типов термохимической обработки гидротермальная обработка представляет собой способ, в котором обработку осуществляют под давлением горячей водой, температура которой предпочтительно составляет от 100 до 400°C, в течение от одной секунды до 60 минут. Эту обработку обычно осуществляют таким образом, что после обработки содержащая целлюлозу биомасса, которая является нерастворимой в воде при нормальной температуре (25°C), присутствует в концентрации, составляющей от 0,1 до 50% масс. по отношению к суммарной массе содержащей целлюлозу биомассы и воды. Давление предпочтительно составляет от 0,01 до 10 МПа, хотя оно изменяется в зависимости от температуры обработки. При гидротермальной обработке компоненты, элюируемые под давлением горячей водой, изменяются в зависимости от температуры горячей воды под давлением. Как правило, когда увеличивается температура горячей воды под давлением, сначала происходит элюирование таннина и лигнина как первой фракции из содержащей целлюлозу биомассы; элюирование гемицеллюлозы как второй фракции происходит при температуре, составляющей от не менее чем 140 до 150°C; и далее происходит элюирование целлюлозы как третьей фракции при температуре, превышающей приблизительно 230°C. Кроме того, одновременно с элюированием может происходить гидролиз гемицеллюлозы и целлюлозы.

Твердый материал после обработки присутствует в форме порошка или глины из измельченных влажных частиц, образующихся в реакции разложения в ходе гидротермальной обработки, по сравнению с содержащей целлюлозу биомассой перед гидротермальной обработкой. Если обеспечивать проведение реакции в таких условиях относительно высокой температуры и высокого давления, ферментативная реакция целлюлазы, вероятно, происходит активно, и усиливается действие повышения эффективности вспомогательного фильтрующего материала. Кроме того, эти жидкие компоненты являются полезными, поскольку они содержат большое количество компонента ксилозы, произведенной из гемицеллюлозы, как в описании для кислотной обработки. Однако эти жидкие компоненты представляют собой водные растворы, содержащие гемицеллюлозу, лигнин, таннин и часть компонента целлюлозы, которая элюируется под давлением горячей водой. Таким образом, жидкие компоненты содержат лигнин и волоконный компонент в осажденном состоянии и, например, гидрофобные коллоиды, произведенные из лигнина, и коллоиды нерастворимых полисахаридов, таким образом, что мутность является высокой, и фильтрование оказывается весьма затруднительным даже в случае фильтрационной обработки с использованием тканого материала, микрофильтрующей мембраны или аналогичного материала.

Среди типов термохимической обработки обработка паровым взрывом представляет собой способ, в котором пар продувают в содержащую целлюлозу биомассу для увеличения температуры, и на биомассу воздействует пар при давлении, составляющем приблизительно от 1 МПа до 4 МПа, в течение от 30 секунд до 10 минут, после чего пар моментально выпускают в атмосферу, вызывая измельчение. В результате такой обработки паровым взрывом кристаллическая структура биомассы разрушается, и одновременно под действием тепла разлагается лигнин, таким образом, что легко происходит ферментативная реакция, и, следовательно, можно получить желательный нерастворимый в воде обработанный целлюлазой продукт. Образуются стоки и другие вещества в результате отстаивания для отделения получаемого таким способом обработанного продукта, а также компонент раствора, который получается из пара, и компонент лигнина, который прикрепляется к поверхности стенок оборудования в результате взрыва. Кроме того, стоки имеют высокую вязкость, и в них содержится большое количество осадков. Таким образом, обработка стоков оказывается затруднительной.

Среди типов термохимической обработки щелочная обработка представляет собой способ обработки, в котором с содержащей целлюлозу биомассой реагирует водный щелочной раствор, обычно водный раствор гидроксидного соединения (за исключением гидроксида аммония). В результате щелочной обработки можно, в основном, устранять лигнин, который ингибирует реакции целлюлозы/гемицеллюлозы с целлюлазой. В качестве гидроксидного соединения предпочтительно используют гидроксид кальция или гидроксид натрия.

Концентрация водного щелочного раствора предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 60% масс., и обработку осуществляют, добавляя данный раствор к содержащей целлюлозу биомассе и проводя реакцию при температуре, составляющей обычно от 100 до 200°C и предпочтительно от 110°C до 180°C. Обработку можно осуществлять один или несколько раз. В тех случаях где щелочную обработку осуществляют два или более раз, условия обработки каждый раз могут отличаться друг от друга. При изготовлении содержащей целлюлозу биомассы путем щелочной обработки лигнин высокоселективно удаляется щелочью, и, таким образом, щелочная обработка, аналогично кислотной обработке, представляет собой предпочтительный способ изготовления вспомогательного фильтрующего материала также с точек зрения обесцвечивания и т.п. Кроме того, поскольку нагревание также активно способствует разложению гемицеллюлозы, можно допускать, чтобы только компонент целлюлозы оставался в большом количестве.

С другой стороны, поскольку жидкий компонент содержит большое количество лигнина, образуется очень мутная жидкость при температуре в результате суспендирования осажденных компонентов, произведенных из лигнина, и компонента лигнина на коллоидных частицах. Получаемая в результате жидкость представляет собой так называемый черный щелочной раствор. Черный щелочной раствор обычно подвергают центрифугированию и испарению для его использования в качестве горючего вещества, но, поскольку черный щелочной раствор имеет высокую вязкость и высокую мутность, оказывается затруднительным повышение его прозрачности посредством процесса фильтрования.

Среди типов термохимической обработки аммиачная обработка представляет собой способ обработки, в котором водный аммиачный раствор или аммиак (жидкий или газообразный) реагирует с произведенной из целлюлозы биомассой. Примеры данного способа включают способы, описанные в JP 2008-161125 А (способ с использованием чистого аммиака) и JP 2008-535664 А (способ с использованием водного аммиачного раствора).

При аммиачной обработке реакция компонента целлюлозы с аммиаком разрушает кристаллическую структуру целлюлозы и отделяет лигнин от соединенной с ним гемицеллюлозы. Эту реакцию можно осуществлять при меньшей температуре, чем температура в других типах термохимической обработки, которая составляет предпочтительно от 40°C до 180°C и предпочтительнее от 60°C до 150°C. Таким образом, по сравнению с другими типами предварительной обработки, элюирование компонента гемицеллюлозы из полученных твердых веществ на сторону жидкого компонента происходит с меньшей вероятностью, и, следовательно, твердые вещества содержат большое количество гемицеллюлозы. Таким образом, в качестве фермента для получения вспомогательного фильтрующего материала согласно настоящему изобретению, как правило, предпочтительно используют ферментное вещество, которое с большей вероятностью разлагает гемицеллюлозу. С другой стороны, как описано выше, жидкий компонент обычно содержит меньшее количество веществ, которые ингибируют фильтрование, по сравнению со случаями других типов термохимической обработки. Однако поскольку реакцию разложения лигнина вызывают нагревание и аммиак, присутствуют произведенные из лигнина коллоидные суспендированные компоненты.

Поскольку, как описано выше, жидкий компонент, образующийся на стадии термохимической обработки, подвергают высокой температуре и высокому давлению, лигнин, присутствующий вокруг целлюлозы/гемицеллюлозы в качестве матрицы, разлагается до коллоидного состояния. При осветлении жидкого компонента путем фильтрование через тканый материал или микрофильтрующую мембрану этот лигнин вызывает проблему того, что невозможно отделить нерастворимые компоненты, которые ингибируют прозрачность, и проблему того, что мембрана, такая как тканый материал или микрофильтрующая мембрана, легко закупоривается в процессе фильтрования.

На последующей стадии, т.е. на стадии (B), предварительно обработанную биомассу, полученную на стадии (A), обрабатывают целлюлазой для получения обработанного целлюлазой продукта.

Согласно настоящему изобретению целлюлаза означает ферментативный компонент, который своим действием разлагает компонент целлюлозы в содержащей целлюлозу биомассе или который способствует разложению целлюлозы. Конкретные примеры ферментативного компонента представляют собой целлобиогидролазу, эндоглюканазу, экзоглюканазу, гемицеллюлазу, вызывающие набухание биомассы ферменты, β-глюкозидазу, ксиланазу и ксилозидазу. Например, поскольку гидролиз компонента целлюлозы можно эффективно осуществлять, применяют координатный эффект или комплементарный эффект такого множества ферментативных компонентов, которые предпочтительно используются в настоящем изобретении. Целлюлаза особенно предпочтительно содержит целлобиогидролазу.

Согласно настоящему изобретению используемая целлюлаза предпочтительно представляет собой целлюлазу, производимую микроорганизмами. Например, целлюлаза может включать множество ферментативных компонентов, производимых микроорганизмами одного типа, или она может представлять собой смесь ферментативных компонентов, производимых микроорганизмами множества типов.

Микроорганизмом, который производит целлюлазу, является микроорганизм, который внутриклеточно или внеклеточно производит целлюлазу, предпочтительно микроорганизм, который внеклеточно производит целлюлазу. Это объясняется тем, что целлюлазу можно легче извлекать из микроорганизма, если микроорганизм внеклеточно производит целлюлазу.

Микроорганизмом, который производит целлюлазу, является микроорганизм, который производит ферментативный компонент (компоненты), описанные выше. Поскольку мицелиальные грибы, классифицируемые как род Trichoderma или Acremonium, внеклеточно производят большое количество целлюлазы, их можно особенно предпочтительно использовать в качестве микроорганизмов, которые производят целлюлазу.

Целлюлаза, используемая в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой целлюлазу, которую производят грибы рода Trichoderma. Более конкретно, целлюлаза предпочтительнее представляет собой целлюлазу, которую производят грибы следующих видов рода Trichoderma: Trichoderma reesei QM9414, Trichoderma reesei QM9123, Trichoderma reesei Rut C-30, Trichoderma reesei PC3-7, Trichoderma reesei CL-847, Trichoderma reesei MCG77, Trichoderma reesei MCG80 или Trichoderma viride QM9123. Еще предпочтительнее целлюлаза представляет собой целлюлазу, которую производят грибы вида Trichoderma reesei.

Целлюлазу может производить мутантный штамм, полученный для повышения производства целлюлазы из мицелиальных грибов рода Trichoderma путем использования мутагенеза, например, мутагена или ультрафиолетового излучения. Например, целлюлазу может производить мутантный штамм, полученный путем модификации мицелиальных грибов рода Trichoderma таким образом, что обеспечивается высокая экспрессия некоторых ферментативных компонентов, причем данная целлюлаза имеет измененное соотношение составляющих ее целлюлаз.

Согласно настоящему изобретению можно использовать имеющуюся в продаже целлюлазу, которую производят грибы рода Trichoderma. Примеры имеющейся в продаже целлюлазы представляют собой “Cellic CTec” (зарегистрированный товарный знак) и “Cellic CTec2” (зарегистрированный товарный знак), изготавливаемые компанией Novozymes; “Accellerase” (зарегистрированный товарный знак) 1000, “Accellerase” (зарегистрированный товарный знак) 1500 и “Accellerase” (зарегистрированный товарный знак) DUET, изготавливаемые компанией Danisco Japan Ltd.; а также «Cellulase from Trichoderma reesei ATCC 26921», «Cellulase from Trichoderma viride» и «Cellulase from Trichoderma longibrachiatum», изготавливаемые компанией Sigma Aldrich.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, целлюлазу можно использовать в форме смеси с ферментом, который производят грибы, принадлежащие к другому роду. Примеры имеющихся в продаже продуктов, содержащих такой фермент, включают “Novozymes 188”, произведенный грибами вида Aspergillus niger от компании Novozymes. Фермент может также представлять собой фермент, производимый с добавлением фермента, который усиливает действие целлюлазы.

Произведенную грибами Trichoderma целлюлазу можно получить, выращивая грибы Trichoderma в течение заданного периода в среде, таким образом, что грибы производят ферментативный компонент. Что касается используемого компонента среды, предпочтительно используют среду с добавкой целлюлозы, которая способствует производству целлюлазы. В качестве альтернативы, предпочтительно используется сама культуральная жидкость или культуральная надосадочная жидкость после отделения клеток Trichoderma. Кроме того, в среду можно вводить добавки, такие как ингибитор протеазы, диспергатор, солюбилизатор и стабилизатор.

Что касается способа получения обработанного целлюлазой продукта, сначала добавляют воду, таким образом, что концентрация твердых веществ составляет предпочтительно не более чем 40% масс., предпочтительнее не более чем 20% масс., чтобы перевести продукт в суспензию.

Хотя нижний уровень концентрации твердых веществ в обрабатываемом продукте не является ограниченным, эффективность может оказаться низкой в тех случаях, где чрезмерно низкой является концентрация твердых веществ. Таким образом, концентрация твердых веществ составляет обычно не менее чем 5% масс. и предпочтительно не менее чем 8% масс. Кроме того, предпочтительно регулировать значение pH в интервале от 3 до 7 и вводить в реакцию целлюлазу, которая представляет собой осахаривающий фермент, при массовом соотношении в интервале от 1/1000 до 1/10 с содержащей целлюлозу биомассой перед термохимической обработкой и ферментативной обработкой в расчете на сухую массу. В тех случаях, где массовое соотношение целлюлазы составляет не более чем 1/1000, оказывается низким эффект, вызывающий разложение, при этом в тех случаях, где массовое соотношение целлюлазы составляет не менее чем 1/10, эффект не изменяется, таким образом, что массовое соотношение целлюлазы составляет предпочтительно не более чем 1/10, и здесь данный эффект достигает верхнего предела с экономической точки зрения. Температура реакции составляет предпочтительно от 20°C до 100°C и предпочтительнее от 30°C до 70°C. Это объясняется тем, что, в тех случаях, где температура реакции составляет не более чем 20°C, скорость реакции разложения под действием фермента является низкой, в то время как в тех случаях, где температура реакции составляет не менее чем 100°C, легко происходит потеря активности фермента. Продолжительность реакции устанавливают соответствующим образом в зависимости от температуры реакции, концентрации твердых веществ в обрабатываемом продукте, активности целлюлазы и используемого количества целлюлазы. Продолжительность реакции составляет обычно приблизительно от 6 часов до 96 часов, предпочтительно от приблизительно 12 часов до 48 часов.

На следующей стадии, т.е. на стадии (C), получают содержание твердых веществ обработанного целлюлазой продукта, полученного на стадии (B) (нерастворимый в воде обработанный целлюлазой продукт).

Твердое содержимое обработанного целлюлазой продукта согласно настоящему изобретению, то есть нерастворимый в воде обработанный целлюлазой продукт, представляет собой нерастворимый в воде материал, получаемый в форме твердого вещества после отделения, путем разделения твердой и жидкой фаз, компонентов, элюированных водой в процессе обработки целлюлазой на стадии (B).

Термин «нерастворимый в воде» в настоящем документе означает, что компонент не может растворяться в воде, то есть он вызывает рассеяние света, когда он присутствует в воде. Более конкретно, данный термин означает вещество, которое осаждается путем ультрацентрифугирования при ускорении 10000 G или, даже в тех случаях, где осаждение не происходит в процессе ультрацентрифугирования, но надосадочная фракция находится в коллоидном состоянии, коллоидный компонент вещества рассматривается как нерастворимый в воде.

Отделение твердого содержимого от обработанного целлюлазой продукта можно осуществлять путем центрифугирования или фильтрования. Центробежное ускорение не является ограниченным, и, поскольку цель может быть достигнута даже при низком ускорении, центробежное ускорение составляет предпочтительно приблизительно от 500 G до 4000 G и предпочтительнее приблизительно от 1000 G до 3000 G, с точек зрения простоты и стоимости работы. В тех случаях где твердое содержимое отделяют путем фильтрования, способ фильтрования не является ограниченным. Поскольку на данной стадии продукт все еще сохраняет высокую мутность, фильтрование предпочтительно осуществляют, используя фильтр-пресс, с точки зрения простоты работы. Обработка с помощью фильтр-пресса представляет собой способ фильтрационной обработки с использованием вспомогательного фильтрующего материала, который представляет собой тканый материал или нетканый материал, и ее можно легко осуществлять, используя имеющиеся в продаже вспомогательные фильтрующие материалы и устройства. Сжимающее давление в процессе обработки с помощью фильтр-пресса не является ограниченным и составляет приблизительно от 0,01 МПа до 2 МПа, предпочтительно приблизительно от 0,05 МПа до 1 МПа. Тип фильтр-пресса может представлять собой вертикальный тип или горизонтальный. Что касается способа переноса жидкости, жидкость можно переносить с помощью насоса или ее можно переносить под давлением сжатого газа. Примеры устройства включают “PNEUMAPRESS” (зарегистрированный товарный знак) от компании FLSmidth, “LastaFilter” (зарегистрированный товарный знак) от компании Ishigaki Company, Ltd. и “AUTOPAC” (зарегистрированный товарный знак) от компании Daiki Ataka Engineering Co., Ltd.

Размер частиц нерастворимого в воде обработанного целлюлазой продукта, полученного описанным выше способом согласно настоящему изобретению, не является ограниченным. Это объясняется тем, что на основании исследования снятых с оптическим микроскопом или электронным микроскопом фотографий нерастворимого в воде обработанного целлюлазой продукта, используемого согласно настоящему изобретению, продукт находился в состоянии, в котором он содержал диспергированные частицы, имеющие различные размеры, составляющие от нескольких десятков нанометров до нескольких сотен микрометров, а также произведенные из лигнина адгезионные компоненты, которые невозможно рассматривать как частицы.

Что касается состава нерастворимого в воде обработанного целлюлазой продукта, полученного способом согласно настоящему изобретению, содержание целлюлозы составляет предпочтительно от 10% до 95% масс. и предпочтительнее от 20% до 90% масс. Многие вспомогательные фильтрующие материалы