CN101253276B - 以生物质为原料的糖组合物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造半纤维素系低聚糖、纤维素系低聚糖和葡萄糖类的三种糖组合物的方法，其特征在于，该方法包括：在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质、特别是处理木质类生物质，反复进行从各处理工序得到的反应液中分离上清液和固态物、在接着的酸处理工序中处理分离的固态物的操作，从而在各处理工序中分离、回收种类不同的糖组合物的工序。

Description

以生物质为原料的糖组合物的制造方法

技术领域

本发明涉及以生物质为原料，通过酸处理制造低聚糖、葡萄糖等糖组合物的方法。

本申请基于2005年8月31日在日本申请的日本专利申请特愿2005-250860号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

作为地球变暖对策批准了《京都协议书》，其中规定了二氧化碳排放量的削减目标，与1990年相比，日本必须削减6％的二氧化碳排放量。对削减二氧化碳排放有效的是不使用矿物燃料能，而是转变为使用生物质能。在此背景下，酒精行业在日本也开始产生变化，自2006年开始销售添加3％酒精的汽油，若以2000年实际的汽油使用量进行换算，添加到全部的汽油中，预计需要约180万千升的酒精。

生物质中最能期待供给量的木质类生物质，由于纤维素纤维的结晶结构与木质素形成复合体，具有物理和化学上的牢固结构。纤维素是进行β-1，4糖苷键结合的D-葡萄糖聚合物，在结晶区和非结晶区构成。其他的结构多糖以半纤维素、木糖、阿拉伯糖、甘露糖等各种单糖构成。因木质素是以苯丙烷为基本单位的芳香族高分子，与纤维素或半纤维素等糖组合物的结构不同。从化学上来看，木材是以约50％的纤维素、约20～30％的半纤维素、约20～30％的木质素的主要成分和数％的副成分构成(非专利文献1)。

疏伐材、建筑废材、工业废弃物、生活废弃物、农产废弃物等木质类生物质或木质类生物质含有率较多的此类废弃物几乎被埋掉或焚烧处理，但由于处理场所枯竭和焚烧处理产生的二氧芑问题等，现在的处理方法正接近极限。木质类生物质也有可能成为有用的生物化学原料或能源，因此在试图减少废弃物损失的同时提取有用成分的技术开发有望成为环境问题和能源问题的对策。

一直以来，通过各种各样的方法试图从木质类生物质向高发热量燃料转换，尤其是，至今为止多次尝试转换为甲烷、丁醇、乙醇或甲醇等液体燃料。这是因为，与大容积的固态相比优先考虑了运输和储藏，而且，与木材相比明显改善每单位质量的发热量也是一个重要理由。

作为生物质转换的方法，如多数著作(非专利文献2～5)中所揭示，广泛地采用热分解、气化、厌氧发酵等，其中，广泛研究的是通过酸水解或酶水解进行单糖化之后，经发酵得到乙醇的方法。其中，因酶水解反应有必要使酶分子进入作为对象的生物质的空隙中，使酶接触基质，因此有必要通过化学、物理、微生物的方法进行前处理，但这一点由于成本方面等原因，成为实用化的障碍。

另一方面，作为利用酸水解的酸糖化法，也如上述著作中所揭示，一直致力于研究将主要成分的纤维素、半纤维素等多糖水解为单糖，与芳香族高分子的木质素分离的方法。至今为止提出的糖化法根据作为催化剂使用的酸浓度大致划分为稀酸法和浓酸法。稀酸法为用约数％的硫酸最少在120℃、有时以240℃左右的反应条件进行糖化的方法。该方法具有酸的回收和再利用容易、装置的腐蚀性低的特点，但另一方面，具有需高温高压的反应条件和葡萄糖的收率低的缺点。浓酸法为使用70％左右的硫酸或40％左右的盐酸的方法，与稀酸法相比具有可低温反应、收率高的优点，但另一方面，腐蚀装置和回收酸困难。

以上的任何一种方法，都是为了有效地生产出供给于后阶段的乙醇发酵过程的液体，作为进一步改良的方法，也提出了如下的技术。

(1)使纤维素系物质在70质量％以上浓度的磷酸中溶解和/或膨胀的状态下，30～60℃的温度下进行强力搅拌而得到非结晶纤维素或低聚纤维糖以纤维素酶分解(专利文献1)。

(2)通过用约25～90质量％的酸溶液在35～80℃的条件下混合纤维素和半纤维素系物质进行胶化，之后，稀释酸浓度至20～30质量％后，加热至80～100℃促进水解(专利文献2)。

(3)将纤维素材料溶解于三(乙二胺)氢氧化镉(カドキセン)等金属螯合碱性膨胀溶剂中，用稀硫酸水解(专利文献3)。

(4)在浓盐酸和浓硫酸的混合液中处理纤维素系材料(专利文献4)。

(5)为了破坏微细结构，以乙酰化为目的用无机酸和醋酸进行处理(专利文献5)。

但是，可知这些之中的任意一种方法，处理后的糖液成为半纤维素、纤维素的结构糖的混合物，在后阶段的发酵过程中，木糖等糖明显阻碍发酵反应。为此，为了由此类糖化液仅纯化发酵中必要的碳源做出了各种提案。

进而，由酸进行的糖化法，任何一个反应都需要高温、高压条件或强搅拌条件等，制造成本成为问题。

另外，为了后阶段发酵过程中的效率化，在上述糖化液中大体上分解至单糖态，近年来，没有着眼于提取整肠作用等生理作用引人注目的低聚糖，而是仅着眼于将得到的低聚糖再次进行酸水解或酶水解来提高葡萄糖的收率。

低聚糖由数个葡萄糖或果糖等单糖结合，有低聚果糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖、低聚木糖和琼胶寡糖等。这些低聚糖被认为具有预防虫牙的甜味料、选择性促进肠内细菌的增殖效果的整肠作用、与食物纤维一样排出多余的肠内胆固醇、胆汁酸的作用，是添加到作为特定保健用食品认定的乳酸饮料和食品等的有用的糖类，在医药、环境卫生领域中也具有乳化剂、保湿剂等广泛用途。

作为低聚糖的制造方法，目前为止提出了如下的技术。

(1)将天然木质纤维素材料蒸煮而得到的纸浆通过纤维素酶部分水解得到低聚纤维糖。此时，用超滤膜连续处理反应液，调节低聚糖的聚合度(专利文献6)。

(2)通过对木聚糖原料进行半纤维素酶处理，在特定的反应条件下进行分解，从而抑制木糖生成的同时，得到高浓度木二糖(专利文献7)。

(3)在具有水解果聚糖和菊粉二糖的活性的酶源存在下，在水性介质中使菊粉二糖反应，提取在水性介质中生成的低聚糖(专利文献8)。

(4)从含有木聚糖的天然物中进行细片化、蒸煮、水洗、水萃取、臭氧处理、离子交换树脂处理、浓缩干燥得到低聚糖(专利文献9)。

(5)用膜过滤法浓缩以半纤维素酶处理造纸用纸浆之后的液体，酸水解得到低聚糖(专利文献10)。

以上(1)～(5)的方法中，除(4)以外的任意一个方法在得到低聚糖的过程中或在前处理阶段使用酶。这是为了利用基质特异性高的酶得到纯低聚糖，但使用高价的酶妨碍其实用化。对(4)而言，需要高温、高压条件，臭氧处理也是造成成本高的一个原因。

专利文献1：日本特许第3016419号公报

专利文献2：日本特表平11-506934号公报

专利文献3：日本特开昭54-160755号公报

专利文献4：日本特公昭57-53801号公报

专利文献5：日本特公昭59-53040号公报

专利文献6：日本特公平8-2312号公报

专利文献7：日本特开昭62-155095号公报

专利文献8：日本特开平8-283284号公报

专利文献9：日本特公平7-055957号公报

专利文献10：日本特开平12-333692号公报

非专利文献1：原口隆英等《木材の化学》P4～5，文永堂出版，1985年发行

非专利文献2：日本木材协会编《木質バイオマスの利用技術》P19～61，文永堂出版，1991年7月发行

非专利文献3：湯川秀明等《バイオマスエネルギ一利用の最新技術》各論编II-1章，CMC出版，2001年8月发行

非专利文献4：飯塚尭介等《ウツドケミカルスの最新技術》P6～34，CMC出版，2001年10月发行

非专利文献5：船岡等《木質系有機資源の新展開》第五章-2，CMC出版，2005年1月发行

发明内容

本发明者在生物质、特别是木质类生物质的酸处理中，分别着眼于半纤维素系低聚糖、纤维素系低聚糖和葡萄糖，多次专心研究的结果发现了可以不采用酶反应等，而可简单地分离这三种糖组合物。因此，本发明的目的是廉价且简单地分离、获得包含于木质类等生物质中的糖组合物。并且通过将半纤维素系糖组合物与纤维素系糖组合物分离，可提高后阶段的乙醇发酵效率为目的。

为达到所述目的，本发明包含以下各实施形式。

(1)一种制造多种糖组合物的方法，其特征在于，该方法包括：

在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质，反复进行从各处理工序得到的反应液中分离上清液和固态物、在接着的酸处理工序中处理分离的固态物的操作，从而在各处理工序中分离、回收种类不同的糖组合物的工序。

(2)根据(1)中所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述固态生物质含有木质类生物质。

(3)根据(1)或(2)所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述固态生物质被微细化为通过网眼10mm的筛的大小。

(4)根据(1)～(3)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述各酸处理工序中的处理温度为35℃以下。

(5)根据(1)～(4)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述各酸处理工序中使用的酸处理液包括从硫酸、硝酸、盐酸及磷酸中选择的一种酸或多种酸的混合酸。

(6)根据(1)～(5)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述各酸处理工序中的一个酸处理工序为分离、获得作为上清液的半纤维素系低聚糖的工序，且该酸处理工序中酸处理液的酸浓度为55～63质量％。

(7)根据(1)～(6)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述各酸处理工序中的一个酸处理工序为分离、获得作为上清液的纤维素系低聚糖的工序，且该酸处理工序中酸处理液的酸浓度为64～70质量％。

(8)根据(7)中所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述一个酸处理工序为分离、获得作为上清液的纤维素系低聚糖的工序，且该酸处理工序中使分离的上清液的酸浓度从64～70质量％降至30～63质量％，并使上清液中的纤维素系低聚糖凝聚。

(9)根据(1)～(8)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，使用纤维素基材作为过滤器从所述各酸处理工序中分离的上清液中分离糖组合物。

(10)根据(7)～(9)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，包括将所述酸处理工序中得到的纤维素系低聚糖经酸或酶处理转化为以葡萄糖为主要成分的单糖的工序。

(11)根据(1)～(10)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

关于所述在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质的一系列处理工序，由最初的酸处理液进行的处理工序为分离、获得作为上清液的半纤维素系低聚糖的工序；由接着的酸处理液进行的处理工序为用酸处理液处理在前阶段的酸处理工序中与上清液分离的固态物，并分离、获得作为上清液的纤维素系低聚糖的工序。

(12)根据(1)～(11)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

所述分离、获得纤维素系低聚糖的酸处理工序包括使用由纤维素基材构成的过滤器处理含有纤维素系低聚糖的上清液，从而分为含有低聚合度纤维素系低聚糖成分的滤液和较高聚合度纤维素系低聚糖成分的工序。

(13)根据(12)中所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

降低所述含有低聚合度纤维素系低聚糖成分的滤液的酸浓度至30～63质量％，使低聚合度纤维素系低聚糖成分凝聚，转化为高聚合度纤维素系低聚糖。

(14)根据(1)～(11)中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

所述在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质的一系列处理工序的至少一个处理工序中，对分离的上清液加入含有在该处理工序中应分离的糖组合物的固态物，再次进行该酸处理工序。

根据本发明，从以往几乎被埋掉或焚烧处理的建筑废材、工业废弃物、生活废弃物、农产废弃物等或疏伐材等木质类生物质或木质类生物质含有率多的此类废弃物中，可以得到可成为有用的生物化学原料或能源的糖组合物，提供有望成为环境问题和能源问题对策的技术。

附图说明

图1表示参考例2的水解生成物的离子色谱图；

图2表示实施例1-2的糖组合物溶液的离子色谱图；

图3表示实施例1-2的糖组合物溶液水解生成物的离子色谱图；

图4表示杉的第一阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图5表示杉的第二阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图6表示柏的第一阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图7表示柏的第二阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图8表示栎的第一阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图9表示栎的第二阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图10表示桉的第一阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图；

图11表示桉的第二阶段反应糖组合物溶液的水解生成物的离子色谱图。

具体实施方式

下面，对本发明进行更详细的说明。

本发明作为处理对象的生物质中包括疏伐材、建筑废材、木材片、锯木屑、修剪材、木质材含有物的工业和生活废弃物等以外，还包括米糠、竹、甘蔗渣、秆类、玉米芯等农业废弃物等。另外，也可处理旧报纸、杂志、纸板、旧纸、纸浆、纸浆泥、棉短线、棉花、棉布等纤维素系物质。上述生物质原料在供处理前进行微细化处理可缩短反应时间。对于微细化的程度，如果可通过网眼10mm的筛，则对缩短反应时间有效果，更优选为5mm以下的粒子。另外，所述粒子优选在10μm以上。

本发明的方法中，首先，通过用含有55～63质量％酸的酸处理液处理上述生物质原料，使半纤维素系低聚糖溶出。作为酸可使用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸等无机酸或如三氟乙酸这样的有机酸、或这些酸的混合液，但其中优选从硫酸、硝酸、盐酸和磷酸中至少选择一种，更优选硫酸，特别是60～62质量％的硫酸适合本发明的方法。

使半纤维素系低聚糖溶出的反应在常压、35℃以下迅速发生，但为了防止低聚糖聚合度降低优选25℃以下，更优选20℃以下。另外，使半纤维素系低聚糖溶出的反应温度优选为0℃以上。另外，反应时间优选为2～48小时，更优选为4～24小时程度。该反应特别是不需要加热、加压，与以往的技术不同，生成物以低聚糖为主体，单糖即使存在也是微量。因此，抑制由于单糖的过度分解生成的糠醛化合物和来自单糖和氨基酸参与的氨羰基反应的染色。

作为溶出的半纤维素系低聚糖的回收方法，可以对从上述反应液中通过离心分离等去除不溶部分得到的上清液实施离子交换树脂法、膜浓缩法等来回收，也可由纸浆、纤维素粉末、纤维素过滤器进行的吸附容易地进行分离、回收。另外，从上述反应液中去除不溶部分后，通过急速稀释酸浓度使低聚糖凝聚的方法也有效果。

由以上的方法得到的半纤维素系低聚糖组合物根据处理的生物质原料成为收率、结构、比例等不同的组合物。低聚糖的种类列举了来自葡糖醛酸木聚糖的低聚木糖、来自半乳糖体的低聚半乳糖和来自葡糖甘露聚糖的低聚甘露糖等，得到例如以木糖、阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡糖醛酸和葡萄糖等构成的低聚糖组合物。

接着，对不溶部分通过用含有64～70质量％酸的酸处理液进行处理可使纤维素系低聚糖溶解。作为酸可使用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、三氯乙酸或以这些酸为主要成分的混合液，但其中优选从硫酸、硝酸、盐酸及磷酸中至少选择一种，更优选硫酸，特别是64～66质量％的硫酸适合于用本发明的方法使低聚纤维糖溶出。

使纤维素系低聚糖溶解的反应在常压、35℃以下迅速发生，但防止低聚糖的聚合度降低优选25℃以下的情况较多。另外，使纤维素系低聚糖溶出的反应温度优选为0℃以上。另外，反应时间优选为1～48小时，更优选为2～24小时程度。

纤维素系低聚糖的回收方法也可直接依照半纤维素系低聚糖的回收方法。即，可以对从上述反应液通过离心分离等去除不溶部分得到的上清液实施离子交换树脂法、膜浓缩法等来回收纤维素系低聚糖，也可由纸浆、纤维素粉末、纤维素过滤器进行的吸附容易地进行分离、回收。另外，从含有上述纤维素系低聚糖的反应液中去除不溶部分后，通过急速稀释酸浓度使低聚糖凝聚的方法也有效果。特别是通过凝聚进行回收时，通过使纤维素系低聚糖溶解的液体与溶出半纤维素系低聚糖时使用的酸浓度(55～63质量％)的浓度相同，从而无需调节处理后的酸液浓度，可在前阶段工序中再利用。

另外，用纤维素基材构成的过滤器处理从含有上述纤维素系低聚糖的反应液中去除不溶部分得到的上清液，并分为含有低聚合度纤维素系低聚糖成分的滤液和较高聚合度纤维素系低聚糖成分，可降低含有低聚合度纤维素系低聚糖成分的滤液的酸浓度至30～63质量％，使低聚合度纤维素系低聚糖成分凝聚并转化为高聚合度纤维素系低聚糖。上述“低聚合度”意味着平均聚合度为2～4，“较高聚合度”意味着平均聚合度为5～15。另外，“平均聚合度”由苯酚-硫酸法计算出全糖量后，通过以砷钼酸法进行还原糖的定量而计算出。

进而本发明中，使用酸浓度不同的至少两种酸处理液依次处理固态生物质的一系列处理工序的至少一个处理工序中，通过对分离的上清液加入含有该处理工序中应分离的糖组合物的固态物并进行反应，可提高上清液中所包含的糖组合物的浓度。

下面，对第一酸处理工序为用55～63质量％酸来处理木质类生物质原料并分离为含有半纤维素系低聚糖组合物的上清液和不溶部分的工序，第二酸处理工序为通过用64～70质量％酸来处理上述第一工序的不溶部分得到纤维素系低聚糖的工序，在第一和第二的各酸处理工序中实施提高糖成分浓度处理的实施形式进行说明。

此时，在第一酸处理工序中，可以通过对分离的上清液加入新的木质类生物质原料并进行反应，从而提高上清液中的半纤维素系低聚糖浓度。接着，可以通过对在第二酸处理工序中分离出的上清液加入在其他的第一酸处理工序中分离的不溶部分并进行反应，从而提高上清液中的纤维素系低聚糖浓度。

至今为止的技术中，以酸糖化法得到的糖液为来自半纤维素、纤维素的低聚糖或单糖的混合物，分离各成分需要另外进行膜处理或离子交换、逆相等色谱法。通过本发明的方法，不使用被喻为基质特异性高的酶，也可分离半纤维素系低聚糖、纤维素系低聚糖和葡萄糖。除去半纤维素系低聚糖之后得到的纤维素系低聚糖可以进而通过酸水解或酶水解变换为葡萄糖，但也可以作为功能性食品等以低聚纤维糖的状态提供。

实施例

以下，通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于以下的实施例。以下所示的各实施例中，“％”无特别限定表示“质量％”，对木质类生物质物质的添加率为相对绝对干燥质量的比。另外，对平均聚合度的计算是以苯酚-硫酸法计算出全糖量之后，通过用砷钼酸法进行还原糖的定量来计算。对各定量方法参考了《還元糖の定量法》(福井作蔵著学会出版センタ一)。

<参考例1>

调制为平均粒径0.5mm大小的杉木粉100mg分别放入3支塑料试管中，分别加入49％硫酸10ml，保持在25℃的同时用搅拌器搅拌8个小时，得到反应液。对各浓度为53％、57％、61％和65％的硫酸进行同样操作。

通过离心分离上述反应液，分离为上清液和沉淀物。从得到的上清液中得到全糖1.4～51.3mg的糖组合物。测定由这些糖组合物溶液的全糖回收率以及还原末端定量分析得到的平均聚合度并表示在表1中。另外，表中的数值采用3支试管的算术平均值记载。

[表1]

序号	硫酸浓度(％)	回收率(％)	聚合度
				参考例1-1	49	3.0	13.02
参考例1-2	53	8.3	12.48
				参考例1-3	57	14.2	11.31
参考例1-4	61	20.8	9.62
				参考例1-5	65	53.1	4.38

<参考例2>

进而制作一份与参考例1-4一样的糖组合物，用蒸馏水稀释20倍，110℃下在高压釜处理30分钟，水解至单糖，由ダイオネクス社制离子色谱仪进行分析的结果，木糖为4.4mg，甘露糖为7.1mg，半乳糖为2.7mg，阿拉伯糖为2.1mg，葡萄糖为4.5mg。离子色谱图如图1所示。

<参考例3>

进而制作一份与参考例1-5一样的糖组合物，用蒸馏水稀释20倍，110℃下在高压釜处理30分钟，水解至单糖，由ダイオネクス社制离子色谱仪进行分析的结果，木糖为4.8mg，甘露糖为13.1mg，半乳糖为4.6mg，阿拉伯糖为2.9mg，葡萄糖为27.7mg。

<参考例4、实施例1>

调制为平均粒径0.5mm大小的杉木粉100mg分别放入多支塑料试管中，分别加入61％硫酸10ml，保持在25℃的同时用搅拌器搅拌8个小时，得到第一阶段反应液。通过离心分离上述反应液，分离为上清液和沉淀物。以上为与参考例1-4一样的条件。将该试样制作多份供以下实施例使用。

上清液移入其他试管，沉淀物残留于试管内，其内加入63％的硫酸10ml，保持在25℃的同时用搅拌器搅拌4小时。对得到的第二阶段的反应液进行离心分离。从得到的上清液中得到全糖为17.4mg的糖组合物。将其作为实施例1-1。

对上述第一阶段的沉淀物，分别由65％、67％和69％的硫酸代替63％的硫酸进行同样的操作，得到第二阶段的反应液。将这些作为实施例1-2、1-3和1-4。另外，为了提供参考，由61％的硫酸进行同样的操作得到第二阶段的反应液，将其作为参考例4。

对作为上述各第二阶段的反应液得到的糖组合物，同参考例1一样测定由全糖回收率以及还原末端定量分析得到的平均聚合度并表示在表2中。

通过本实施例判断：与第一阶段中以65％硫酸处理的反应液(参考例1-5：回收率53.1％)的糖的回收率值相比较，以61％硫酸处理的反应液(参考例1-4：回收率20.8％)与以65％硫酸处理残渣的反应液(参考例1-2：回收率29.8％)的两者回收率的合计值相差不大。另外判断：即使第二阶段的硫酸浓度上升，总计回收率也无变动。

[表2]

	硫酸浓度(％)	回收率(％)	聚合度
				参考例4	61	3.82	9.48
实施例1-1	63	17.4	7.26
				实施例1-2	65	29.8	4.42
实施例1-3	67	29.7	4.37
				实施例1-4	69	28.6	4.23

<实施例2>

将实施例1-2中得到的、第二阶段反应液的糖组合物溶液与参考例3同样由ダイオネクス社制离子色谱仪进行分析的结果，存在聚合度为10为止的低聚纤维糖(参照图2)。将该糖组合物水解至单糖，由ダイオネクス社制离子色谱仪进行分析的结果，95％以上为葡萄糖(参照图3)。通过本实施例判断：第一阶段可主要提取仅来自半纤维素的糖，同样，第二阶段可主要提取仅来自纤维素的糖。

<实施例3>

代替实施例1-2中以65％的硫酸得到第二阶段的反应液的反应温度25℃，分别在0℃、20℃、30℃、35℃、40℃、50℃和60℃的各温度下进行。反应温度、糖组合物量(回收率)和平均聚合度表示在表3中。另外，表3中的实施例1-2的数据为抄写表2中的实施例1-2的数据。通过本实施例判断：温度几乎不影响糖的回收率，但糖的聚合度发生较大变化。

[表3]

	反应温度(℃)	回收率(％)	聚合度
				实施例3-1	0	21.7	8.48
3-2	20	24.9	6.5
				1-2	25	29.8	4.42
3-3	30	29.6	4.28
				3-4	35	29.5	4.16
3-5	40	29.7	3.87
				3-6	50	27.2	3.21
3-7	60	26.1	2.87

<实施例4>

用FRITCH社制的行星型球磨机粉碎フナコシ社制的微晶纤维素粉末(商品名：フナセル)、旧杂志纸、纸板原纸(base board for corrugatedfiberboard)、卫生纸(王子制纸社制商品名ネピア)、酱油榨取渣。取这些试样100mg分别放入塑料试管中，以下在与实施例1-2相同的条件下得到第二阶段的反应液。该糖组合物量(回收率)和平均聚合度表示在表4中。为了进行比较，也抄写了实施例1-2的数据。

通过本实施例判断：可利用各种形式的木质生物质原料。

[表4]

	生物质原料	回收率(％)	聚合度
				实施例1-2	杉木粉	29.8	4.42
4-1	フナセル	25	5.92
				4-2	旧杂志纸	18.4	5.21
4-3	纸板原纸	16.3	5.34
				4-4	卫生纸	45.8	4.28
4-5	酱油榨取渣	18.4	5.13

<实施例5>

对调制为平均粒径0.5mm大小的杉、柏、栎和桉木粉各100mg，与实施例1-2一样进行大致相同但使第二阶段的反应设定为27℃、2小时，得到第二阶段的反应液。分别将第一阶段的反应液、第二阶段的反应液的糖组合物水解至单糖，由ダイオネクス社制的离子色谱仪进行分析。离子色谱图表示在图4～11中。图和试样的对应关系记载在“附图说明”一栏中。通过本实施例判断：可利用各种树木的木质生物质。

<实施例6>

除使用调制为各平均粒径0.25mm、0.1mm和0.05mm大小的杉木粉以外，与实施例1-2一样进行相同的处理，得到第二阶段的反应液。将其作为实施例6-1～6-3。各第二阶段的反应液的糖组合物量(回收率)和平均聚合度以及原料大小表示在表5中。为了进行比较，也抄写了实施例1-2的数据。

进而，除使用通过1、5、10和20mm网眼的筛的杉的刨屑以外，与实施例1-2一样进行相同的处理，得到第二阶段的反应液。将其作为实施例6-4～6-7。各第二阶段的反应液的糖组合物量(回收率)和平均聚合度以及原料大小表示在表5中。通过本实施例判断：使用的木质生物质原料的粒径到10mm为止是不影响回收率的。

[表5]

	原料大小(mm)	回收率(％)	聚合度
				实施例6-1	0.05	24.5	4.26
6-2	0.1	23.2	4.21
				6-3	0.25	30.2	4.37
实施例1-2	0.5	29.8	4.42
				实施例6-4	1	29.2	4.49
6-5	5	28.7	4.53
				6-6	10	26.5	4.82
6-7	20	13.2	5.18

<实施例7>

与实施例1-2一样的条件下，在多支试管中得到第二阶段的反应液并供以下的实施例7、8使用。该阶段中，由61％硫酸得到的第一反应液放入其他的试管中作为分馏物1，表示为Fr.1。由65％硫酸得到的第二反应液的上清液放入其他的试管中作为分馏物2，表示为Fr.2。

将Fr.2试管中的液体1ml移入100ml烧杯中，其内添加20℃的水19ml。将析出的大量沉淀用离心分离机(15000rpm、15分钟、20℃)分离并回收，得到的反应液的上清液(Fr.3)和沉淀(Fr.4)的糖组合物量(回收率)和平均聚合度表示在表6中。通过本实施例判断：利用溶解度的不同，可分离高聚合度的低聚糖。

[表6]

分馏物	回收率(％)	聚合度
			Fr.1	20.8	9.62
Fr.2	29.8	4.42
			Fr.3	23.2	4.02
Fr.4	6.1	16.8

<实施例8>

用3N的NaOH中和Fr.2，混合该中和液和フナコシ社制的微晶纤维素粉末(商品名：フナセル)1g，25℃下以50rpm搅拌1个小时。处理后，去除上清液(Fr.5)，用纯水多次洗涤沉淀后，添加70％的乙醇2ml，25℃下以50rpm搅拌1个小时并回收上清液(Fr.6)。

进而，对1ml的Fr.5添加活性炭(WAKO社制商品号034-18051)100mg，25℃下以50rpm搅拌1个小时，去除上清液，用纯水多次洗涤活性炭后，通过添加70％的乙醇2ml，25℃下以50rpm搅拌1个小时并得到上清液(Fr.7)，除去硫酸和NaOH等的盐。得到的低聚糖的回收率、平均聚合度表示在表7中。通过本实施例判断：通过使用结晶性纤维和活性炭等，利用吸附作用程度的不同可分离聚合度不同的低聚糖。

[表7]

分馏物	回收率(％)	聚合度
			Fr.2	29.8	4.42
Fr.5	20.3	3.54
			Fr.6	5.8	17.12
Fr.7	13.1	3.21

<实施例9>

取Fr.2和参考例3的上清液各10ml。用5N的NaOH调节pH为4.5后，添加溶解到0.2M乙酸缓冲液(pH为4.5)的1％纤维素酶Tアマノ4(天野エンザイム社制)1ml，添加纯水至总量为20ml并在45℃下进行72个小时的酶处理。作为对比使用煮沸而失去活性的酶液进行同样的处理。处理后，回收上清液，用离子色谱仪测定葡萄糖量，回收率表示在表8中。通过本实施例判断：得到的低聚糖通过纤维素酶可分解为单糖。

[表8]

分馏物	回收率(％)
		Fr.2	29.8
参考例3的上清液	48.2

<实施例10>

对Fr.2添加新调制的实施例1-1的第一阶段沉淀物，保持25℃的同时搅拌8个小时得到第二次的反应液。通过离心分离上述反应液，分离为上清液(Fr.8)和沉淀物。对Fr.8再次添加新调制的实施例1-1的第一阶段沉淀物，经同样处理得到第三次的反应液的上清液(Fr.9)。重复以上相同的步骤，对第四次(Fr.10)、第五次(Fr.11)、第六次(Fr.12)的反应液的上清液的全糖量回收率以及平均聚合度表示在表9。通过本实施例判断：可以增加反应液中的糖浓度。

[表9]

分馏物	回收率(％)	聚合度	全糖量(mg)
				Fr.2	29.8	4.42	29.8
Fr.8	27.2	4.38	57
				Fr.9	26.8	4.27	83.8
Fr.10	24.9	4.3	108.7
				Fr.11	24.2	4.28	132.9
Fr.12	23.7	4.18	156.6

<实施例10>

调制为平均粒径0.5mm大小的杉木粉100mg分别放入多支塑料试管中，分别加入10～70％的酸10ml，保持在25℃的同时用搅拌器搅拌8小时，得到第一阶段的反应液。分别使用硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸、盐酸、醋酸、三氟乙酸和甲酸进行处理，对难于得到高浓度的硝酸、氢氟酸和盐酸的上限浓度分别利用至60％、40％和30％。通过离心分离上述反应液，分离为上清液和沉淀物。对反应液的上清液的全糖量回收率表示在表10中。

通过本实施例判断：使用硫酸时糖回收率最高。

[表10]

W/W％

H2SO4

H3PO4

HNO3

HF

HCl

CH3COOH

CF3COOH

HCOOH

70

48.7％

0.6％

1.2％

2.5％

0.8％

60

20.6％

0.5％

5.2％

1.1％

1.8％

0.6％

50

4.2％

0.3％

2.3％

0.9％

1.6％

0.5％

40

1.0％

0.2％

0.9％

5.3％

0.8％

1.2％

0.4％

30

0.9％

0.2％

0.5％

3.2％

9.4％

0.7％

1.0％

0.3％

20

0.5％

0.1％

0.3％

1.1％

2.0％

0.6％

0.8％

0.3％

10

0.3％

0.1％

0.2％

0.2％

0.8％

0.4％

0.5％

0.2％

工业上的利用

如以上所述，根据本发明，从以往几乎被埋掉或焚烧处理的建筑废材、工业废弃物、生活废弃物、农产废弃物等或疏伐材等木质类生物质或木质类生物质含有率多的废弃物中，可以得到可成为有用的生物化学原料或能源的糖组合物，可以在解决环境问题上寄予希望。另外，通过本发明的方法廉价提供的各种低聚糖可期待预防虫牙的甜味料、由肠内细菌的选择性增殖促进效果带来的整肠作用，因此与食物纤维一样，作为添加到认定为特定保健用食品的乳酸饮料、食品等中的有用的糖类用途广泛，也可期待作为医药、环境卫生领域中的乳化剂、保湿剂等扩大用途。

Claims (8)

1.一种制造多种糖组合物的方法，该方法包括：

在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质，反复进行从各处理工序得到的反应液中分离上清液和固态物、在接着的酸处理工序中处理分离的固态物的操作，从而在各处理工序中分离、回收种类不同的糖组合物的工序，其特征在于，

所述固态生物质被微细化为通过网眼10mm的筛的大小，

所述各酸处理工序中的处理温度为35℃以下，

所述各酸处理工序中使用的酸处理液为硫酸，

关于所述在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质的一系列处理工序，由最初的酸处理液进行的处理工序为分离、获得作为上清液的半纤维素系低聚糖的工序；由接着的酸处理液进行的处理工序为用酸处理液处理在前阶段的酸处理工序中与上清液分离的固态物，并分离、获得作为上清液的纤维素系低聚糖的工序，

分离、获得作为所述上清液的半纤维素系低聚糖的工序中的酸处理液的酸浓度为55～63质量％，

用酸处理液处理在所述前阶段的酸处理工序中与上清液分离的固态物，并分离、获得作为上清液的纤维素系低聚糖的工序中的酸处理液的酸浓度为64～70质量％。

2.根据权利要求1所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述固态生物质含有木质类生物质。

3.根据权利要求1中所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，所述一个酸处理工序为分离、获得作为上清液的纤维素系低聚糖的工序，且在该酸处理工序中使分离的上清液的酸浓度从64～70质量％降至30～63质量％，并使上清液中的纤维素系低聚糖凝聚。

4.根据权利要求1、2和3中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，使用纤维素基材作为过滤器从所述各酸处理工序中分离的上清液中分离糖组合物。

5.根据权利要求1、2和3中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，包括将所述酸处理工序中得到的纤维素系低聚糖经酸或酶处理转化为以葡萄糖为主要成分的单糖的工序。

6.根据权利要求1、2和3中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

所述分离、获得纤维素系低聚糖的酸处理工序包括使用由纤维素基材构成的过滤器处理含有纤维素系低聚糖的上清液，从而分为含有低聚合度纤维素系低聚糖成分的滤液和较高聚合度纤维素系低聚糖成分的工序。

7.根据权利要求6所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

降低所述含有低聚合度纤维素系低聚糖成分的滤液的酸浓度至30～63质量％，使低聚合度纤维素系低聚糖成分凝聚，转化为高聚合度纤维素系低聚糖。

8.根据权利要求1、2和3中任意一项所述的制造多种糖组合物的方法，其特征在于，

所述在采用酸浓度不同的两种以上酸处理液的处理工序中依次处理固态生物质的一系列处理工序的至少一个处理工序中，对分离的上清液加入含有在该处理工序中应分离的糖组合物的固态物，再次进行该酸处理工序。

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