CN104884603A - 糖液的制造装置和糖液的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种糖液的制造装置104，用于从含纤维素的生物质26制造糖液，具有水平型反应槽11、壳套12、和垂直型反应槽13以及糖化浆料供给管线L11，水平型反应槽11的内部具有沿着水平方向设置的搅拌轴21和设置在搅拌轴21上的搅拌翼22，其用于一边对含纤维素的生物质26和糖化酶32进行搅拌、一边使含纤维素的生物质26和糖化酶32进而反应而得到糖化浆料33，垂直型反应槽13用于将糖化浆料33糖化而得到糖化液41。

Description

糖液的制造装置和糖液的制造方法

技术领域

本发明涉及从含纤维素的生物质获得糖液的、糖液的制造装置和糖液的制造方法。

背景技术

以糖为原料的化学品的发酵生产工艺被用于各种工业原料生产中。作为该发酵原料的糖，目前在工业上使用着来自甘蔗、淀粉、甜菜等食用原料的糖。从今后世界人口的增加造成的食用原料价格的高涨、或与食用竞争的伦理上的观点考虑，构建从能够再生的非食用资源、即含纤维素的生物质有效地制造糖液的工艺、或以得到的糖液作为发酵原料有效地转变成工业原料的工艺成为今后的课题。

含纤维素的生物质主要包含芳香族系聚合物的木质素和作为单糖聚合物的纤维素、半纤维素。糖液通常使用通过酶糖化反应进行的方法得到。通过酶糖化反应进行的方法，例如、对被木质素保护了的纤维素、半纤维素进行粉碎处理等的机械处理、或使用高压高温的热水、稀硫酸或氨等的热化学处理等的预处理，从木质素脱去纤维素或半纤维素，(参照例如专利文献1、2)，得到预处理生物质。之后，在预处理生物质中混合糖化酶，通过糖化酶将从木质素脱离得到的纤维素或半纤维素水解而制造单糖。

在使用该酶糖化反应从含纤维素的生物质制造单糖的情况，在设备方面存在课题。第一，使用糖化酶进行糖化的效率(糖化酶的性能)，由于来自含纤维素的生物质比来自淀粉的生物质低，所以水解反应需要1天～几天的时间。因此，反应装置内的含纤维素生物质的滞留时间变长，设备费用变高。第二，在使含纤维素的生物质为高浓度进行糖化反应的情况，有可能会发生不良情况，如搅拌机转不动、浆料状液(浆料液)的送液不能进行等。因此，进行酶糖化反应之际的含纤维素的生物质的浓度有限度，所得的糖液的浓度也变低。

面对这样的、含纤维素的生物质的酶糖化反应的上述设备方面的课题，迄今已经提出了各种方法。可以列举出例如、间歇地供给预处理生物质的方法(参照例如专利文献3、4)，先进行一次固液分离，将残渣和水混合、加快反应的方法(参照例如专利文献5)，将残渣进行粉碎处理、再次进行糖化反应的方法(参照例如专利文献6)，在预处理后的生物质中添加水、使其浆料化的方法(参照例如专利文献7)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009－183805号公报

专利文献2:日本特表2008－535523号公报

专利文献3:日本特开2001－238690号公报

专利文献4:日本特表2010－536375号公报

专利文献5:日本特开2011－19483号公报

专利文献6:日本特开2011－41493号公报

专利文献7:日本专利特许第4764527号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献3、4中记载的间歇性供给预处理生物质的方法，虽然能够提高糖化时的糖浓度，但由于相对于预处理生物质，先加入的预处理生物质和后供给的预处理生物质的糖化酶反应时间不同，所以糖化效率降低。

此外，专利文献5、6所述的方法，虽然生成糖造成的平衡反应阻害降低、糖化反应时间缩短，但水的添加量比通常增大。进而，专利文献6中记载的方法额外需要用于磨碎的能量。

此外，专利文献7中，公开了设置浆料化槽、抑制生物质的热过分解的方法，但由于一降低固体成分浓度就不能送液，结果有可能使糖浓度变低。

在以上这些方法中，将含纤维素的生物质高浓度地糖化是困难的、或者反应时间长，所以还存在设备费用高的课题。

本发明鉴于上述问题，其课题是提供能够高效制造高浓度的糖液的、糖液的制造装置和糖液的制造方法。

解决课题的手段

为了解决上述课题、实现目的，本发明人对糖液的制造装置和制造方法进行了深入研究。结果注意到了，通过使含纤维素的生物质在反应装置内行进的方向分成多段，并且调节糖化反应时的温度，能够提高含纤维素的生物质与糖化酶的糖化反应，制造高浓度的糖液。将含纤维素的生物质和糖化酶先供给水平型反应槽，在将槽内保持在规定温度的情况下在含纤维素的生物质中混合糖化酶、进行糖化反应，然后进而在垂直型反应槽中进行糖化反应，这样通过分2阶段进行糖化反应，搞清楚了糖化反应效率和糖液的糖浓度之间的关系。基于得到的该见解，使含纤维素的生物质一边沿着水平方向行进一边通过糖化酶进行糖化、浆料化，在变为浆料液后使浆料液一边沿着垂直方向行进一边进而进行糖化反应，如此分2阶段进行糖化反应。通过在使含纤维素的生物质沿着垂直方向行进之前预先被浆料化，能够提高含纤维素的生物质和糖化酶的反应效率。此外还发现了，由于浆料是低粘度，所以能够高浓度糖化。结果发现了，能够使含纤维素的生物质和糖化酶高效地进行反应，进而缩短糖化时间，所以能够以低成本高效制造高浓度的糖液。本发明基于这样的认识而完成。

即、本发明包括以下的(1)～(16)的技术方案。

【1】一种糖液的制造装置，用于从含纤维素的生物质制造糖液，具有：

水平型反应槽，其在内部具有沿着水平方向设置的搅拌轴和设置在所述搅拌轴上的搅拌翼，用于一边将所述含纤维素的生物质和糖化酶进行搅拌，一边使所述含纤维素的生物质和所述糖化酶反应而得到糖化浆料，

垂直型反应槽，用于将所述糖化浆料糖化而得到糖化液，

糖化浆料供给管线，其将所述水平型反应槽和所述垂直型反应槽连接起来，以及

加热部，其设置在所述水平型反应槽的周围或壁面，用于加热所述水平型反应槽。

【2】如上述【1】所述的糖液的制造装置，所述水平型反应槽具有向所述水平型反应槽从其一侧供给所述含纤维素的生物质的生物质导入口、和从所述水平型反应槽的所述生物质导入口的相反侧排出所述糖化浆料的糖化浆料排出口。

【3】如上述【1】或【2】所述的糖液的制造装置，所述水平型反应槽在所述糖化浆料排出口具有能够阻塞所述糖化浆料流出的阻塞部。

【4】如上述【1】～【3】的任一项所述的糖液的制造装置，所述搅拌轴能够被加热。

【5】如上述【1】～【4】的任一项所述的糖液的制造装置，所述搅拌轴和所述加热部中的任一者或两者是热介质能够从内部通过的中空体。

【6】如上述【5】所述的糖液的制造装置，所述热介质的温度是40℃以上60℃以下。

【7】如上述【1】～【6】的任一项所述的糖液的制造装置，在所述水平型反应槽的所述生物质导入口的上游侧具有用于供给含纤维素的生物质的生物质供给部。

【8】如上述【1】～【7】的任一项所述的糖液的制造装置，具有用于从所述垂直型反应槽排出所述糖化液的糖化液供给管线、和从所述糖化液分离固体成分而得到糖液的固液分离装置。

【9】如上述【8】所述的糖液的制造装置，具有与所述固液分离装置连接的、用于向所述固液分离装置内供给热水的热水供给管线。

【10】如上述【1】～【9】的任一项所述的糖液的制造装置，所述水平型反应槽具有多个所述搅拌轴、和设置在各所述搅拌轴上的多个搅拌翼。

【11】如上述【1】～【10】的任一项所述的糖液的制造装置，所述搅拌翼具有缺口部。

【12】如上述【1】～【11】的任一项所述的糖液的制造装置，所述垂直型反应槽具有用于向内部供给糖化酶的第2酶供给通路。

【13】如上述【12】所述的糖液的制造装置，向所述水平型反应槽供给的糖化酶和从所述第2酶供给通路供给的糖化酶种类不同。

【14】如上述【1】～【11】的任一项所述的糖液的制造装置，在所述水平型反应槽中所述含纤维素的生物质和所述糖化酶之间的糖化反应进行到实施热化学处理后的含纤维素的生物质的干燥质量相对于糖化浆料的总质量为15质量％以上50质量％以下。

【15】如上述【14】所述的糖液的制造装置，所述热化学处理选自氨处理、水热处理、爆碎处理、碱处理和稀硫酸处理。

【16】一种糖液的制造方法，使用上述【1】～【15】的任一项所述的糖液的制造装置从含纤维素的生物质制造糖液。

发明效果

本发明通过在水平型反应槽中在将槽内保持在规定的温度的情况下使含纤维素的生物质一边沿着水平方向行进、一边通过糖化酶被连续地糖化、浆化，从而在含纤维素的生物质沿着垂直方向行进之前预先被浆料化，变为低粘度的浆料液。然后通过在垂直型反应槽中使浆料液一边沿着垂直方向行进一边进而进行糖化反应，由此能够提高含纤维素的生物质和糖化酶的反应效率，并且能够以高浓度糖化。总之，本发明通过以水平型反应槽和垂直型反应槽这2阶段进行糖化反应。能够以低成本且在短时间高效地制造高浓度的糖液。

附图说明

图1是本发明的第1实施方案的糖液的制造装置被切去一部分后的图。

图2是图1的A－A截面图。

图3是图1的B－B截面图。

图4是显示糖液的制造装置的另一技术方案的一例图。

图5是显示糖液的制造装置的水平型反应槽的另一例图。

图6是显示糖液的制造装置的水平型反应槽的另一例图。

图7是显示糖液的制造装置的垂直型反应槽的另一技术方案的一例图。

图8是显示本发明的第2实施方案的糖液的制造装置的概念图。

图9是显示本发明的第3实施方案的糖液的制造装置的概念图。

图10是显示本发明的第4实施方案的糖液的制造装置的概念图。

图11是显示糖液的制造装置的另一技术方案的一例图。

具体实施方案

下面，参照附图来具体地说明本发明的实施方案(下面称作“实施方案”)。再者，用于实施下述发明的实施方案并不用于限定本发明。此外，下述实施方案中的技术特征，包括本领域的技术人员容易想到的、实质上相同的、以及所谓同等范围的技术特征。进而，下述实施方案中公开的技术特征既可以适当地组合使用，也可以适当地选择使用。

[第1实施方案]

＜糖液的制造装置＞

参照附图来说明本发明的第1实施方案的糖液的制造装置(糖液制造装置)。图1是本发明的第1实施方案的糖液制造装置被切去一部分后的图。图2是图1的A－A截面图。图3是图1的B－B截面图，是显示糖液制造装置的局部构造的图。如图1所示，糖液制造装置10A具有水平型反应槽(卧式反应槽)11、壳套(加热部)12、垂直型反应槽(竖式反应槽)13和糖化浆料供给管线L11。

再者，水平型反应槽11是指设置在内部的搅拌轴沿着水平方向设置的反应槽。垂直型反应槽13是指设置在内部的搅拌轴沿着垂直方向设置的反应槽。

(水平型反应槽)

如图1～图3所示，水平型反应槽11具有搅拌轴21和搅拌翼22。

搅拌轴21在水平型反应槽11的内部沿着水平方向设置。搅拌翼22在搅拌轴21上以规定间隔设置。搅拌轴21借助电机(驱动装置)24进行旋转，由此将供给到水平型反应槽11内的含纤维素的生物质26搅拌。搅拌轴21和搅拌翼22的转速受电机24控制。

水平型反应槽11，在水平型反应槽11的一端侧设置有生物质导入口25。含纤维素的生物质26、水27和pH调整剂28被从生物质导入口25供给到水平型反应槽11内。

含纤维素的生物质26的生物质种类，包含纤维素和半纤维素(下面，作为纤维素和半纤维素的总称将它们称作“纤维素”。)、作为芳香族高分子的木质素等，只要是含有纤维素5质量％以上的来源于生物的资源即可，没有特殊限定。此外，含纤维素的生物质26除了纤维素以外，还含有作为芳香族高分子的木质素等，所以也被称作木质纤维素。只要是含有纤维素5质量％以上、来源于生物的资源即可，没有特殊限定。作为生物质种类，具体可以列举出例如、甘蔗渣、柳枝稷、象草(napier grass)、蔗茅、玉米秸、稻秸、麦秸、EFB(油棕榈空果壳)、稻壳等草本类生物质，以及树木、废弃建筑材料等木质类生物质等。此外，含纤维素的生物质26大致分成纤维素成分、半纤维素成分、木质素成分、无机成分，各种成分的比率根据生物质的种类和生长条件而差别很大，没有特殊限定。

此外，含纤维素的生物质26，优选在供给水平型反应槽11之前预先进行预处理。通过对含纤维素的生物质26进行预处理，能够提高通过糖化酶进行的水解效率。作为含纤维素的生物质26的预处理方法，没有特殊限定，可以使用以往公知的预处理方法。作为预处理方法，可以列举出例如，水热处理、氨处理、碱处理、稀硫酸处理等热化学处理、微粉碎处理、爆碎处理、酸处理、硫酸处理、氢氧化钠处理、亚临界水处理、蒸煮处理等，可以使用它们中的任一种，也可以将它们组合使用。

水27可以是井水、工业用水、自来水、江河水、工业排水、工业再生水等，没有特别限定，也可以是它们的混合水。

作为pH调整剂28，通常使用酸或碱等，这从经济角度优选。添加剂是酸还是碱，取决于预处理方法。在例如水热处理、稀硫酸处理、爆碎处理、酸处理、硫酸处理、亚临界水处理、蒸煮处理等时是碱剂，在例如氨处理、碱处理等时是酸。碱可以列举出氢氧化钠、氨、氢氧化钙等。酸可以列举出硫酸、盐酸、磷酸、乙酸等有机酸等。此外，当预处理物中来自含纤维素的生物质26的有机酸盐等较少时，pH控制困难，所以即使添加乙酸钠、磷酸钠、柠檬酸钠等缓冲剂也没关系。

水平型反应槽11，在其比生物质导入口25更靠含纤维素的生物质26的流出方向的下游侧连接着酶供给通路31。水平型反应槽11，从酶供给通路31向水平型反应槽11内供给糖化酶32。酶供给通路31连接在生物质导入口25的下游侧是由于，特别是在没有调整pH的含纤维素的生物质26和糖化酶32发生反应了的情况，糖化酶32会失活、有时糖化反应不能进行的缘故。再者，在含纤维素的生物质26的pH被调整到4以上6以下的情况，在水平型反应槽11上设置酶供给通路31这并不是必要的，也可以从生物质导入口25供给糖化酶32。

糖化酶32是指具有使纤维素或半纤维素分解的活性、或能够辅助纤维素或半纤维素分解的酶成分。作为酶成分，具体可以列举出纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase)、内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡(萄)糖苷酶、木聚糖酶、木糖苷酶、生物质膨润酶等。糖化酶32可以使用它们中的1种或多种。此外，本实施方案中由于纤维素、半纤维素的水解可以通过多种酶成分的协同效果或互补效果高效地进行，所以优选糖化酶32是含有多种上述酶成分的酶混合物。

此外，糖化酶32即使是由微生物产生的，也可以很好地使用。例如、糖化酶32既可以含有由一种微生物产生的多种酶成分，也可以含有由多种微生物产生的酶成分的混合物。能够产生糖化酶32的微生物是能够在细胞内或细胞外产生糖化酶的微生物，但优选是在细胞外产生糖化酶的微生物。这是由于在细胞外产生的微生物更容易回收糖化酶的缘故。

产生糖化酶32的微生物，只要是能够产生上述酶成分，就没有特殊限定。特别是被分类成木霉菌属(Trichoderma)、支顶孢属(Acremonium)的丝状真菌，由于在细胞外能够大量分泌多种糖化酶，所以作为产生糖化酶32的微生物，特别优选使用。

糖化酶32既可以是未使用过的糖化酶，也可以将后述那样的利用固液分离装置71回收得到的糖化酶再次使用。糖化酶32的使用量、特别是从削减未使用过的糖化酶的使用量的观点，优选将回收得到的糖化酶和未使用过的糖化酶这两者混合使用。

含纤维素的生物质26、水27、pH调整剂28和糖化酶32的供给方法，没有特别限定，但优选使用泵定量且连续地进行供给。

含纤维素的生物质26、水27、pH调整剂28和糖化酶32，通过在水平型反应槽11内混合、反应，生成浆料状的糖化浆料33。

水平型反应槽11，在生物质导入口25的相反侧、且水平型反应槽11内的含纤维素的生物质26的流出方向的下游侧设置有糖化浆料排出口34。在水平型反应槽11中，一边将含纤维素的生物质26和糖化酶32搅拌，一边使含纤维素的生物质26和糖化酶32反应而生成糖化浆料33。糖化浆料33从糖化浆料排出口34通过而排到水平型反应槽11外。

(壳套)

壳套12设置在水平型反应槽11的壁面11a。壳套12将水平型反应槽11内部从外侧加热。壳套12是内部能够通热水(热介质)的中空体。此外，壳套12设置在壁面11a上。

此外，壳套12可以是内部能够通热水的中空体，但并不限于此，壳套12也可以在内部具有电加热器等加热源，或能够向内部非常少量地一点点地或间歇性地供给蒸气等，只要是能够从外部加热水平型反应槽11的器件即可。

此外，本实施方案中，壳套12设置在壁面11a，但并不限于这样，只要是能够从外侧加热水平型反应槽11内的方式即可，也可以以覆盖水平型反应槽11的全体的方式设置。

此外，本实施方案中，为了加热水平型反应槽11而使用壳套12，但并不限于此，也可以是将通水管或棒状加热器等缠在水平型反应槽11的外周的方式等，只要是能够加热水平型反应槽11即可，没有特别限定。

本实施方案中，在将含纤维素的生物质26糖化之际，通过对水平型反应槽11内加热，能够缩短用于获得糖化液41的一连串的糖化反应时间。特别是，通过加热壳套12和搅拌轴21，在缩短糖化反应时间的同时，还能够降低糖化浆料33的粘度。

水平型反应槽11内的温度受壳套12控制。热水35从壳套用热水供给通路36通入壳套12内、被供给到壳套用热水排出通路37。热水35，可以设定温度和热水供给速度，能够按照水平型反应槽11内的温度来适当地调整。水平型反应槽11内的温度，为了能够使糖化酶32有效地发挥作用，优选为37℃以上，更优选为40℃以上60℃以下，进而更优选为45℃以上55℃以下。这是由于，水平型反应槽11内的温度为40℃以上，这是糖化酶32的最佳温度，并且由糖增殖的霉菌等杂菌繁殖困难的缘故。此外，在水平型反应槽11内的温度大于60℃时糖化酶32失活的缘故。再者，本实施方案中，水平型反应槽11内的温度受壳套12控制，但并不限于这样，只要是能够从外部加热水平型反应槽11的方式即可。

此外，在水平型反应槽11内使含纤维素的生物质26和糖化酶32反应的反应时间优选在5分钟～4小时的范围，更优选为10分钟～1小时的范围。这是由于，在反应时间低于5分钟的情况，充分的糖化和粘度的降低不会发生，在由糖化浆料排出口34排出的糖化浆料33的送液、搅拌中有可能会引发故障的缘故。另一方面是由于，如果反应时间多于4小时有以下可能性：排出的糖化浆料33会分离成固体成分和液体成分，排出物变为液体成分主体，糖化浆料33的仅固体成分残留下来，要将糖化浆料33连续地排出变得困难。水平型反应槽11中的反应时间受含纤维素的生物质26的供给速度、阻塞部38、搅拌轴21和搅拌翼22的转速等控制。

将含纤维素的生物质26、水27、pH调整剂28和糖化酶32混合的顺序没有特殊限定，有以下方法。例如有以下方法：将含纤维素的生物质26和pH调整剂28混合，然后混合水27、再混合糖化酶32的方法，将含纤维素的生物质26和水27混合，然后将pH调整剂28和糖化酶32按照先pH调整剂28后糖化酶32的顺序混合的方法，向将pH调整剂28用水27稀释而得的溶液中混合含纤维素的生物质26，然后混合糖化酶32的方法，将含纤维素的生物质26、pH调整剂28、水27和糖化酶32同时混合的方法等。本实施方案中，优选先将含纤维素的生物质26和pH调整剂28混合，然后混合水27、再混合糖化酶32的方法。具体地说，向水平型反应槽11内供给含纤维素的生物质26和pH调整剂28，然后向含纤维素的生物质26和pH调整剂28的混合物中为了赋予最低限的流动性而供给水27。

将水平型反应槽11内的含纤维素的生物质26和pH调整剂28和水27一起搅拌混合，制成含纤维素的生物质26和pH调整剂28和水27的混合液。该混合液的pH优选在3以上7以下的范围内、更优选为pH4以上6以下的范围内。通过使混合液的pH在上述范围内，能够使糖化酶32很好地发挥作用。此外，混合液的pH，由于在水解的过程中会发生pH的变化，所以优选使用酸或碱以保持恒定pH的方式进行调整。

接下来，在调整混合液的pH后，从酶供给通路31向水平型反应槽11内供给糖化酶32，使含有含纤维素的生物质26、水27和pH调整剂28的混合液和糖化酶32发生反应、进行糖化反应。通过这样，就得到了含纤维素的生物质26的水解物。该水解物是后述的含有糖液72和固体物的糖化液41。再者，根据水平型反应槽11内的含纤维素的生物质26的搅拌状态的不同，有时也可以不向水平型反应槽11内添加水27。

含纤维素的生物质26，作为含有pH调整剂28和水27和糖化酶32的反应物被从糖化浆料排出口34作为糖化浆料33排出。为了从糖化浆料排出口34将糖化浆料33连续地排出，要通过电机24调整搅拌轴21和搅拌翼22的转速。通过这样，能够在水平型反应槽11中不产生含纤维素的生物质26的滞留部，使通过含纤维素的生物质26、水27和pH调整剂28的混合浆料与糖化酶32的反应而造成的糖化浆料33的粘度急剧降低得到抑制。

此外，含纤维素的生物质26和糖化酶32之间的糖化反应，优选进行到实施了热化学处理的含纤维素的生物质26的干燥质量相对于糖化浆料33的总质量为15质量％以上50质量％以下。这是由于，在实施了热化学处理的含纤维素的生物质26的干燥质量大于50质量％时，则即使使用水平型反应槽11，浆料化也不会进行，糖化反应不进行的缘故。作为热化学处理，可以列举出氨处理、水热处理、爆碎处理、碱处理和稀硫酸处理。

此外，水平型反应槽11，在糖化浆料排出口34设置有阻塞部38。阻塞部38，是以将糖化浆料排出口34的周围用该阻塞部38和水平型反应槽11的壁面11a围起来的方式设置的板状部件。阻塞部38要尽量地阻塞糖化浆料33的流出。阻塞部38只要是设置在糖化浆料排出口34附近即可，再者，本实施方案中，阻塞部38可以沿着与水平型反应槽11的糖化浆料33的移动方向相同的方向设置，但并不限于这样，也可以沿着水平型反应槽11的垂直方向设置，对于阻塞部38的设置位置没有特别限定。

本实施方案中，为了在将糖化浆料33从糖化浆料排出口34排出之际，糖化浆料33不分成固体成分和液体成分，连续地排出糖化浆料33不会变得困难，而调节阻塞部38的高度。通过使阻塞部38的高度变为能够连续地排出的高度，能够将糖化浆料33连续且稳定地从糖化浆料排出口34排出。

糖化浆料供给管线L11将水平型反应槽11和垂直型反应槽13连接起来。糖化浆料33从水平型反应槽11通过糖化浆料供给管线L11被供给到垂直型反应槽13。

此外，水平型反应槽11相对于设置面水平地设置，但水平型反应槽11也可以向糖化浆料排出口34方向的下侧倾斜规定角度(例如1°～10°)。通过这样，能够提高含纤维素的生物质26的移动效率。

(垂直型反应槽)

垂直型反应槽13是用于将糖化浆料33糖化、生成糖化液41的槽。垂直型反应槽13在内部具有搅拌翼42。搅拌翼42受竖式搅拌驱动装置(竖式搅拌电机)43驱动。糖化浆料33被搅拌翼42搅拌、在垂直型反应槽13内糖化反应继续进行。通过这样，糖化浆料33变为糖化液41。

糖化浆料33在垂直型反应槽13中一边从上部侧向底部侧移动一边被搅拌。因此，垂直型反应槽13，与将糖化浆料33在水平型反应槽11内一边搅拌一边移动的情况相比，能够减少动力，由于与将糖化浆料33保持在水平型反应槽11的情况相比，能够减少动力，所以能够降低设备费用。此外，由于糖化浆料33粘度低、流动性好，所以在水平型反应槽11进行水平型搅拌的必要性已无，在向下一个工序转移液体等时拿出来也容易。

垂直型反应槽13中的糖化浆料33的糖化反应的时间优选为1小时以上72小时以下，更优选为4小时以上24小时以下。

糖化液41从垂直型反应槽13的底部被排出。对于糖化液41的排出方法，没有特别限定，可以将糖化液41连续或间欠性地排出。例如，在将糖化液41连续地排出的情况，可以多段配置垂直型反应槽13，取连续搅拌槽反应器(CSTR：Continuous Stirred Tank Reactor)那样的反应形态。此外，在将糖化液41间欠性地排出的情况有按照上述那样的反应时间一批一批地排出的方法，或在垂直型反应槽13的后段具有固液分离装置的情况有按照固液分离装置的每批次的处理时间进行排出的方法等。因此，使含纤维素的生物质26在垂直型反应槽13中沿着垂直方向行进的速度也可以非常慢，根据情况也可以是间歇性的。

像这样，糖液制造装置10A具有水平型反应槽11和壳套12和垂直型反应槽13，在水平型反应槽11内将含纤维素的生物质26、水27、pH调整剂28和糖化酶32混合而生成糖化浆料33，在垂直型反应槽13内由糖化浆料33生成糖化液41。糖液制造装置10A，通过在水平型反应槽11和垂直型反应槽13这2阶段进行含纤维素的生物质26的糖化反应，能够低成本地在短时间内有效地制造高浓度的糖化液41。此外，通过分2阶段进行糖化反应，能够在垂直型反应槽13中以糖化液41的固体成分浓度达到15质量％以上的高浓度进行糖化反应。因此，糖液制造装置10A，没有在以往的垂直型反应槽中看到的伴随高浓度的糖化反应而产生的糖化率降低，能够以更高浓度进行糖化反应，所以能够在短时间内进行糖化反应。

即、在以往那样仅用垂直型反应槽13进行含纤维素的生物质26的糖化反应的情况，仅用垂直型反应槽13就使含纤维素的生物质26的固体成分浓度变高，则含纤维素的生物质26或糖化浆料33的粘度变高，或变为固体形状，有时酶反应不能进行，搅拌翼42的负荷变高。结果过去仅能够将糖化液41的固体成分浓度提高到15质量％左右，要得到高浓度的糖化液41很困难。与此相对，糖液制造装置10A，将水平型反应槽11和垂直型反应槽13相对于含纤维素的生物质26的流通方向串联组合在一起。先在水平型反应槽11中，在将槽内保持在规定的温度的情况下使含纤维素的生物质26一边沿着水平方向行进，一边通过糖化酶32进行糖化而浆料化，使含纤维素的生物质26在沿着垂直方向行进之前被预先浆料化，制成低粘度的糖化浆料33。通过这样，能够提高在接下来的垂直型反应槽13中糖化时的反应效率。之后，进而在垂直型反应槽13中使糖化浆料33一边沿着垂直方向行进一边进而进行糖化反应，这样分2阶段进行糖化反应。通过使含纤维素的生物质26在沿着垂直方向行进、进行糖化反应之前预先就进行浆料化，变成糖化浆料33，能够提高含纤维素的生物质26和糖化酶32的反应效率。此外，由于糖化浆料33是低粘度，所以能够在垂直型反应槽13中以高浓度糖化。结果、糖液制造装置10A能够使含纤维素的生物质26和糖化酶32高效地进行反应，所以能够以低成本高效制造高浓度的糖化液41。

因此，糖液制造装置10A，与以往那样的仅用垂直型反应槽进行糖化的情况相比，能够使糖化液41的固体成分浓度为高浓度、且高效率地连续进行糖化反应，提高糖化反应的糖化效率，所以能够降低糖化液41和发酵产物的浓缩成本。此外，能够使糖液制造装置10A小型化，还能够通过反应时间的缩短而降低设备费用。

再者，本实施方案中用壳套12来加热水平型反应槽11，但本实施方案并不限于这样。例如、也可以使搅拌轴21的内部为能够通热水的的中空体、使搅拌轴21能够被加热。

此外，本实施方案中水平型反应槽11具有阻塞部38，但并不限于这样，在糖化浆料33的排出稳定的情况，水平型反应槽11也可以不特别具有阻塞部38。

此外，本实施方案中仅向水平型反应槽11供给糖化酶32，但并不限于这样，也可以如图4所示，使垂直型反应槽13具有第2酶供给通路44，向垂直型反应槽13内部供给糖化酶45。水平型反应槽11中的糖化浆料33的糖化反应能够在垂直型反应槽13进而得到加速。

在向水平型反应槽11供给糖化酶32、向垂直型反应槽13供给糖化酶45的情况，优选糖化酶32和糖化酶45种类不同。即、在水平型反应槽11中进行的糖化反应的初期阶段，通过糖化酶32将纤维素、半纤维素之类的多糖类分解成寡聚糖，在垂直型反应槽13中糖化酶45将寡聚糖分解成单糖，由此使得糖化浆料33中含有的含纤维素的生物质26的糖化反应得到促进。

此外，本实施方案中水平型反应槽11的搅拌翼22设置在搅拌轴21的整个周向，但并不限于这样，搅拌翼22，在搅拌轴21的周向的一部分上也可以具有带缺口的缺口部22a。图5示出了在搅拌翼22上设置缺口部22a时的一例子。图5是从轴向看水平型反应槽11时的截面图。如图5所示，通过搅拌翼22具有缺口部22a，含纤维素的生物质26能够通过搅拌翼22的缺口部22a被搅拌，能够在提高与糖化酶32的反应效率的同时，借助搅拌翼22在糖化酶32的最佳温度下进行反应。搅拌翼22设置1个缺口部22a，但并不限于这样，缺口部22a也可以是2个位置以上。此外，通过使搅拌翼22具有缺口部22a，含纤维素的生物质26和糖化酶32能够被新投入的含纤维素的生物质26推挤，变得容易向糖化浆料排出口34的方向移动。因此，含纤维素的生物质26等能够从搅拌翼22的缺口部22a连续地朝着糖化浆料排出口34移动。

此外，本实施方案中水平型反应槽11具有一个搅拌轴21，但并不限于这样，水平型反应槽11也可以具有多个搅拌轴21。图6示出了水平型反应槽11具有2个搅拌轴21时的一个例子。图6是从轴向看具有2个搅拌轴21的水平型反应槽11时看到的截面图。如图6所示，水平型反应槽11，相对于水平型反应槽11的轴方向、沿着水平方向具有搅拌轴21A、21B。搅拌轴21A、21B，在搅拌轴21A、21B上分别以规定间隔具有多个搅拌翼22A、22B。通过这样，能够提高水平型反应槽11中含纤维素的生物质26、水27、pH调整剂28和糖化酶32的混合效率，所以能够提高糖化浆料33的生成效率。

此外，本实施方案中、在垂直型反应槽13的周围没有设置加热部，但并不限于这样，垂直型反应槽13也可以在其周围设置加热部。作为加热部，可以列举出例如、以覆盖垂直型反应槽13的壁面或周围的方式设置的壳套等。图7示出了垂直型反应槽13的壁面具有壳套的一例子。图7是垂直型反应槽13的另一技术方案的一例图。如图7所示，垂直型反应槽13的壁面具有壳套46。壳套46是内部能够通热水的中空体。在壳套46中通的热水，与壳套12同样优选为40℃以上60℃以下，更优选为45℃以上55℃以下。这是由于，垂直型反应槽13内的温度为40℃以上，这是糖化酶32的最佳温度，并且由糖增殖的霉菌等杂菌难以繁殖的缘故。此外，在垂直型反应槽13内的温度大于60℃的情况，糖化酶32会失活的缘故。

[第2实施方案]

参照附图来说明本发明的第2实施方案的糖液制造装置。再者，本实施方案的糖液制造装置的构造与上述的图1所示的本发明的第1实施方案的糖液制造装置的构造同样，所以对于与第1实施方案的糖液制造装置相同的部件标记同一符号，并省略对其说明。

图8是本发明的第2实施方案的糖液制造装置的概念图。如图8所示，糖液制造装置10B的水平型反应槽51具有中空搅拌轴52、中空旋转体用热水供给通路53和中空旋转体用热水排出通路54。

中空搅拌轴52是内部能够通热水55的中空体。

热水55，被从中空旋转体用热水供给通路53供给中空搅拌轴52，从中空搅拌轴52内通过，并从中空旋转体用热水排出通路54排出。

热水35、55都可以设置温度和热水供给速度，可以按照水平型反应槽51内的温度来适当地调整。热水35、55的温度可以相同也可以不同。特别是，从经济上考虑优选热水35、55的温度相同。

此外，在含纤维素的生物质26被预处理了的情况，当含纤维素的生物质26在刚被预处理后还热时，也可以将温度为5℃～35℃的常温水或冷水从中空旋转体用热水供给通路53供给中空搅拌轴52。

糖液制造装置10B，除了能够通过壳套12调节水平型反应槽51内的温度，还可以通过向中空搅拌轴52内通热水55来调节水平型反应槽51内的温度。通过这样，糖液制造装置10B能够容易地进行水平型反应槽51内的温度调整，所以能够更稳定地调节含纤维素的生物质26的温度，能够更稳定地生成糖化浆料33。

[第3实施方案]

参照附图来对本发明的第3实施方案的糖液制造装置进行说明。再者，本实施方案的糖液制造装置的构造与上述的图1所示的本发明的第1实施方案的糖液制造装置的构造相同，所以对与第1实施方案的糖液制造装置相同的部件标记同一符号，并省略对其进行说明。

图9是本发明的第3实施方案的糖液制造装置的概念图。如图9所示，糖液制造装置10C在糖液制造装置10A的构造中还具有生物质供给装置(生物质供给部)61。

生物质供给装置61具有料斗62、喂料搅拌机63、喂料搅拌机用电机(喂料搅拌机驱动部)64、移送机65、移送机用电机(移送机用驱动部)66和固体成分调整水供给通路67。

料斗62是用于存储含纤维素的生物质26和pH调整剂28的槽。喂料搅拌机63是用于将含纤维素的生物质26、pH调整剂28进行混合，防止料斗62内的含纤维素的生物质26桥连(ブリッジ)的机器。喂料搅拌机用电机64用于使喂料搅拌机63搅拌。移送机65用于移送含纤维素的生物质26和pH调整剂28。对移送机65没有特殊限定，可以列举出例如、螺杆进给机或利用链条的平坦式传送带。

本实施方案中，将pH调整剂28供给料斗62内，将水27供给固体成分调整水供给通路67内，它们分开地各自与含纤维素的生物质26进行混合，但并不限于这样，也可以将水27和pH调整剂28供给料斗62内，还可以从固体成分调整水供给通路67供给。特别是，在将水27和pH调整剂28供给料斗62的情况，如果添加较多的水27，则有可能引起生物质供给装置61的堵塞或滞留。因此，优选将pH调整剂28与水27一起从固体成分调整水供给通路67进行供给。

总之，糖液制造装置10C能够通过生物质供给装置61使含纤维素的生物质26、水27和pH调整剂28中的任2种以上移动，所以能够使含纤维素的生物质26、水27和pH调整剂28的供给速度稳定地向水平型反应槽11供给。通过这样，糖液制造装置10C能够将含纤维素的生物质26、水27、pH调整剂28和糖化酶32定量地向水平型反应槽11内供给，所以能够在水平型反应槽11内将含纤维素的生物质26稳定地浆料化。结果、糖液制造装置10C能够使含纤维素的生物质26的糖化率、即糖化浆料33的糖浓度稳定，所以能够使从糖化浆料排出口34排出的糖化浆料33的品质稳定。

[第4实施方案]

参照附图来对本发明的第4实施方案的糖液制造装置进行说明。再者，本实施方案的糖液制造装置的构造，与上述的图1所示的本发明的第1实施方案的糖液制造装置的构造相同，所以对与第1实施方案的糖液制造装置相同的部件标记同一符号，并省略对其说明。

图10是本发明的第4实施方案的糖液制造装置的概念图。如图10所示，糖液制造装置10D除了具有糖液制造装置10A的构造以外，还具有固液分离装置71、糖化液供给管线L21、糖液排出管线L22、糖化残渣排出管线L24和热水供给管线L23。

固液分离装置71用于从糖化液41分离出固体成分而得到糖液72。固液分离装置71只要是能够从糖化液41分离出固体成分的即可。作为固液分离装置71，可以列举出例如、螺旋沉降器(Screw Decanter)、分离板式离心分离机、夏普勒斯(Sharples)型离心分离机、竖式离心分离机等离心分离型、压滤器、Pneumapress(注册商标)、加压过滤机、离心过滤机、螺旋压榨机(screw press)、带式压榨机(belt-press)等加压过滤型装置、带式过滤器、预敷过滤器(precoat filter)、鼓型过滤器、真空过滤器等吸滤型装置等。其中，特别是从糖液的回收率优异、仅用1次固液分离就能够回收较多的糖液成分、并且容易得到透明的滤液的观点，优选作为固液分离装置71使用加压过滤型的压滤器。此外，加压过滤型、吸滤型的固液分离装置，从长期运转性的观点优选具有滤布或过滤器的自动清洗功能。对清洗的次数等没有特殊限定。

糖液72含有来自纤维素的葡萄糖和来自半纤维素的木糖，它们的混合比根据含纤维素的生物质26的预处理方法和预处理条件而不同，所以没有特别限定。此外，还具有以下特征：除了上述物质以外，还有可能会含有在纤维素、半纤维素的分解时生成的甲酸、乙酸之类的有机酸、通过高温处理由糖生成的甲基糠醛(HMF)、糠醛等。此外，含有来自木质素的香兰素、愈疮木酚(guaiacol)、香豆酸、阿魏酸、以及它们的反应物等。

固体成分，含纤维素的生物质26中的纤维素组分、半纤维素组分分别优选50％以上是被水解了，固体成分的含水率为40％以上80％以下。在固液分离装置71是压滤器时固体成分的含水率可以为55％以下。

此外，在固液分离装置71是压滤器时，优选用泵将糖化液41压入具有滤布的滤室内进行脱水，然后使用滤室中的隔膜(diaphragm)将滤饼压榨、进而脱水。固液分离装置71，在将被压入具有滤布的滤室内并脱水了的糖化液41使用隔膜用高压压榨滤饼的情况，压榨压力，由于固体成分的压缩率受生物质原料的预处理方法、生物质种类、生物质的酶糖化效率、堆密度等较大的影响，所以没有特殊限定，可以适当地调整。压榨压力，在考虑生物质原料的预处理方法、生物质种类、生物质的酶糖化效率、堆密度等的情况，优选例如为0.05MPa以上，更优选为0.5MPa以上。压榨压力越高，则固体成分的含水率变得越低，所以糖液72的收率得到改善。因此，通过使压榨压力为0.05MPa以上，能够改善糖液72的收率。此外，在通过压榨使固体成分燃烧、回收能量的情况，能够使固体成分的燃烧效率提高、获得更高能量。

糖化液供给管线L21将垂直型反应槽13和固液分离装置71连接起来。从垂直型反应槽13排出的糖化液41通过糖化液供给管线L21被供给固液分离装置71。糖化液供给管线L21在其中途设置有调节阀V11和设置在调节阀V11更下游侧的糖化液供给泵P11。糖化液41的供给量可以通过调节阀V11或糖化液供给泵P11的频率进行调整。再者，送液方法，没有必要一定使用泵，也可以采取例如使用压缩气体的压送方式。即、也可以利用垂直型反应槽13和固液分离装置71的压力差来移送糖化液41。此外，也可以在糖化液供给管线L21上设置缓冲槽或供给槽等。

糖液排出管线L22连接在固液分离装置71的透过侧。通过固液分离装置71从糖化液41分离出固体成分后的糖液72，从固液分离装置71通过糖液排出管线L22被排出。糖液排出管线L22在其中途设置有调节阀V12和设置在调节阀V12更下流侧的糖液供给泵P12。糖液72的供给量可以通过调节阀V12或糖液供给泵P12的频率进行调整。再者，糖液72的送液方法没有必要一定用泵，也可以是上述压送方式，还可以是借助糖液其本身的重力通过自然下落来移送。

热水供给管线L23将热水供给槽73和固液分离装置71的非透过侧连接起来。热水供给槽73是用于储藏向固液分离装置71供给的热水74的槽。热水74通过热水供给管线L23被供给固液分离装置71。热水供给管线L23在其中途设置有调节阀V13和设置在调节阀V13更上游侧的热水供给泵P13。热水74的供给量通过调节阀V13或热水供给泵P13的频率进行调整。再者，热水74的送液方法没有必要一定用泵，也可以是上述压送方式。

当从热水供给管线L23将热水74供给固液分离装置71内时，则热水74成为介质，经固液分离装置71从糖化液41分离出的固体成分与吸附在固体成分上的糖化酶32反应、进行水解，由此转变为糖液72。通过这样，能够回收更多的糖液72和糖化酶32，所以能够减少和有效利用投入的糖化酶32，并且提高糖液72的生成量。

使用热水74、与吸附在固体成分上的糖化酶32反应而新生成的糖液72，从固液分离装置71通过糖液排出管线L22被排出。

对于热水74的添加量没有特殊限定，在热水74与吸附在固体成分上的糖化酶32反应、进行水解之际，优选以固体成分浓度为1质量％～20质量％的范围内进行添加。固体物浓度多于20质量％或少于1质量％的情况，从糖液72的生成量和糖化酶32的回收率的观点，效率不高，所以不优选。

热水74的温度优选在30℃～60℃的范围，更优选在40℃～55℃的范围，进而优选在50℃前后。

热水74与吸附在固体成分上的糖化酶32反应、进行水解的时间优选为1分钟～180分钟的范围。如果低于1分钟，则吸附在固体成分上的糖化酶32的回收效率低，但即使进行180分钟以上，吸附在固体成分上的糖化酶32的回收效率也不增加，不够有效率。

热水74的pH优选为6.0～8.0的范围，更优选为5.0左右。当pH低于6.0时，吸附在固体成分上的糖化酶32的回收率降低，当pH大于8.0时，会发生糖化酶32的失活，所以不优选。因此，如果使pH在6.0～8.0的范围内，则能够使糖化酶32的失活尽量降低，提高糖化酶32的回收效率。

再者，由固液分离装置71回收得到的糖化酶32也可以再次使用。从削减糖化酶32的使用量、特别是从削减从未使用过的糖化酶的使用量的观点，优选将回收得到的糖化酶32和未使用过的糖化酶这两者混合使用。此外，通过在垂直型反应槽13中为了提高糖化酶32的回收效率而添加用于将会吸附在含纤维素的生物质26上而不游离的位点屏蔽起来的吸附抑制剂，然后向垂直型反应槽13中添加未使用过的糖化酶，这样能够提高糖化酶32的回收效率。

向固液分离装置71供给热水74的时间段没有特别限定，但从有效地进行糖化液41的固液分离的观点，在例如、固液分离装置71是压滤器的情况，热水74优选是在将脱水后的糖化液41使用隔膜、压榨滤饼进一步脱水后，进行供给。即、在压榨糖化液41后向固液分离装置71内供给热水74，这是由于这样能够使固体成分的体积变小、含水率也降低，所以热水74的使用量降低、进而浸透效率提高的缘故。

糖化残渣排出管线L24连接在固液分离装置71的非透过侧。在向固液分离装置71中供给热水74后残留的固体成分，作为糖化残渣75从固液分离装置71通过糖化残渣排出管线L24被排出。糖化残渣排出管线L24在其中途设置有调节阀V14和设置在调节阀V14更下游侧的糖化残渣排出用泵P14。糖化残渣75的排出量可以通过调节阀V14或糖化残渣排出用泵P14的频率数进行调整。再者，糖化残渣75是固体形状的情况较多，所以作为排出方法，与使用配管、泵等相比，更优选适合转移固体物的传送带等。特别是，在固液分离装置71是压滤器、Pneumapress(注册商标)等的情况，优选通过移动滤布或使滤布进行动作、或在滤布上移动刮刀来抖掉糖化残渣75，然后用传送带等移送。

糖化液41中含有糖液72和固体物，固体物中包含未分解的纤维素或半纤维素之类的多糖成分和木质素等原本的、不能被糖化酶32分解的成分。进而，固体物呈吸附较大量的糖化酶32的状态。这里的固液分离装置71，将糖化液41分离成糖液72和固体物，在得到糖液72的同时回收固体成分。此外，由固液分离装置71从糖化液41分离出的固体成分中含有多糖成分和糖化酶32。糖化液41的固体物中含有的多糖成分和糖化酶32，被含在供给固液分离装置71内的热水74中，用于糖液72的生成。没有被用于糖液72的生成的固体物残渣作为糖化残渣75通过糖化残渣排出管线L24从固液分离装置71被排出。

像这样，糖液制造装置10D具有固液分离装置71，在固液分离装置71的非透过侧捕捉固体成分、在透过侧得到作为液体成分的糖液72。糖液制造装置10D，通过向固液分离装置71内供给热水74，与吸附在固液分离装置71中的固体成分上的糖化酶32反应、水解而生成糖液72。通过这样，能够在回收更多的糖液72的同时利用添加的糖化酶32，所以能够有效地利用新投入的糖化酶32，同时以低成分、高效地制造糖液72。结果、糖液制造装置10D，能够比上述第1～第3的实施方案更加提高含纤维素的生物质26的糖化效率，能够缩短含纤维素的生物质26的糖化反应。

此外，本实施方案中，热水74在供给固液分离装置71后、从糖液排出管线L22被排出，但并不限于这样，也可以在固液分离装置71的透过侧设置热水返送管线，将热水74供给热水供给槽73，将热水74循环起来、再利用。通过设置热水返送管线，能够将固液分离装置71中使用的热水74送给热水供给槽73，所以能够将固液分离装置71中使用的热水74介由热水返送管线循环起来、再利用，从而降低热水74的使用量。

在这种情况循环使用后的热水74，既可以最终从固液分离装置71中的固体成分透过，从糖液排出管线L22以糖液72的形式将全部量取出，也可以在使热水74在固液分离装置71和热水供给槽73之间循环后，从与糖液排出管线L22不同的管线以糖液72的形式取出。

此外，本实施方案中，使糖液制造装置10D具有1个垂直型反应槽13，但并不限于这样，也可以将多个垂直型反应槽13串联设置，以能够连续进行糖化反应、进行固液分离。图11是糖液制造装置10E的另一技术方案的一例图。如图11所示，糖液制造装置10E将垂直型反应槽13－1和垂直型反应槽13－2串联设置。垂直型反应槽13－1和垂直型反应槽13－2通过糖化液供给管线L21－1连接起来，垂直型反应槽13－2和固液分离装置71通过糖化液供给管线L21－2连接起来。从垂直型反应槽13－1排出来的糖化液41A，通过糖化液供给管线L21－1被供给垂直型反应槽13－2。糖化液供给管线L21－1在其中途设置有调节阀V11－1和设置在调节阀V11－1更下游侧的糖化液供给泵P11－1。从垂直型反应槽13－2排出的糖化液41B通过糖化液供给管线L21－2被供给固液分离装置71。糖化液供给管线L21－2在其中途设置有调节阀V11－2和设置在调节阀V11－2更下游侧的糖化液供给泵P11－2。

糖液制造装置10E中，也与糖液制造装置10D同样设置有固液分离装置71和糖化残渣排出管线L24，所以即使设置多个垂直型反应槽(本实施方案中是垂直型反应槽13－1、13－2这2台)，也能够使垂直型反应槽13－1、13－2各槽中的糖化浆料33的糖化反应得到促进，在各垂直型反应槽13－1、13－2中都能够在维持垂直型反应槽1台量的糖化效率的同时进行糖化浆料33的连续处理。结果、即使是用糖液制造装置10E，也与糖液制造装置10D同样、能够进一步提高含纤维素的生物质26的糖化效率，能够缩短含纤维素的生物质26的糖化反应。

此外，本实施方案中、将糖化液供给管线L21、热水供给管线L23和糖化残渣排出管线L24分别分开地连接在固液分离装置71上，但并不限于这样，也可以使糖化液供给管线L21、热水供给管线L23和糖化残渣排出管线L24的至少1者以上一起使用。在固液分离装置71是例如压滤器的情况，在压滤器的结构上，有时液体的供给口、排出口的数量受到限制。于是，通过将糖化液供给管线L21、热水供给管线L23和糖化残渣排出管线L24的至少1个以上一起使用，固液分离装置71在是压滤器那样、液体的供给口、排出口的数量受到限制的槽构造的情况，也能够按照作为固液分离装置71使用的装置构造、相应地高效地进行糖化液41的固液分离。

本实施方案中将糖化液41供给固液分离装置71，在取出糖液72后将热水74供给固液分离装置71，使其与吸附在固液分离装置71中的固体成分上的糖化酶32反应而生成糖液72。然后在从固体成分中减少糖含量后，以糖化残渣75的形式排出。对向固液分离装置71供给糖化液41和热水74、取出糖液72等步骤的顺序没有特殊限定，可以进行适当地调整。

再者，本实施方案中对作为糖液制造装置使用本发明的第1实施方案的糖液制造装置10A的情况进行了说明，但本实施方案并不限于这样，也可以使用第2、第3实施方案的糖液制造装置10B、10C。

实施例

＜实施例1：糖化液的制作和分析＞

[A.预处理了的含纤维素的生物质的制备]

(1.纤维素系生物质的爆碎处理)

作为含纤维素的生物质，使用稻秸。先将稻秸100kg用旋转粉碎机RCM－400型(株式会社奈良机械制作所制)以筛孔径8mm的状态、420rpm的转速旋转、粉碎。接下来，使用爆碎装置(反应容器30L、日本电热株式会社制)对粉碎处理后的稻秸2kg进行水蒸气爆碎处理。此时的压力为2.5MPa、处理时间为3分钟。

(2.纤维素系生物质的氨处理)

作为含纤维素的生物质，使用稻秸。先将稻秸1kg用旋转粉碎机RCM－400型(株式会社奈良机械制作所制)以筛孔径8mm的状态、420rpm的转速旋转、粉碎。接下来，使用高压釜装置(反应容器3L、日东高压株式会社制)将粉碎处理后的稻秸500g放入高压釜内并导入纯氨气，以120℃、10分钟的条件搅拌下进行氨处理。进行多次这样的步骤，得到预处理生物质约20kg。

[B.糖化液的制作]

从上述“A.预处理了的含纤维素的生物质的制备”中得到的预处理生物质中以干燥质量计、分取多份2kg，对每一份都进行糖化反应。作为水平型反应槽使用株式会社奈良机械制作所制的Bunodoraiya(槽装容量(hold capacity)：约30L)，连续进行糖化反应。将50℃的热水仅供给壳套中，进行糖化反应。按照槽装容量30L，相应地使反应时间设为30分，连续地添加预处理生物质、pH调整剂(硫酸或氢氧化钠水溶液)、酶液(Accellerase(注册商标)DUET、ダニスコジャパン株式会社制纤维素酶(cellulase))、水。至于各添加物，添加pH调整剂使pH变为4.8，添加酶液使其相对于预处理生物质的干燥质量1kg供给200mL，水的添加量，包括pH调整剂和酶液，添加成固体成分浓度变为10wt％、15wt％、20wt％、30wt％，从而进行糖化反应。然后，分取排出的糖化浆料20L，作为垂直型反应槽使用壳套式的总容量25L的反应槽进行糖化反应。糖化反应，从向水平型反应槽即Bunodoraiya中最开始的预处理生物质的添加开始时计的6小时后、24小时后停止反应。

[C.糖浓度的分析]

(1.糖的分析方法)

测定上述得到的糖化液的糖浓度(g/L)。得到的糖化液中含有的糖浓度是使用下述所示的高效液相色谱(High Performance LiquidChromatography：HPLC)，在以下条件下通过与标样进行比较而定量的。结果如表1所示。

柱子：Luna NH₂(Phenomenex公司制)

流动相：超纯水:乙腈＝25：75

流速：0.6mL/min

反应液：无

检测方法：RI(差示折射率)

温度：30℃

(2.固体成分浓度的分析方法)

测定上述得到的糖化液的固体成分浓度。固体成分浓度，是使用红外线水分计(“FD－720”、株式会社ケット科学研究所制)，将含有糖化液的试样保持在120℃的温度，测定蒸发后的稳定值和初期值的差量值作为含水率，将100wt％减去含水率的值作为固体成分浓度。结果如表1所示。

[表1]

由表1的结果可以确认的是，通过先将预处理生物质在水平型反应槽中糖化后，然后在垂直型反应槽中进行糖化反应，能够提高糖化反应效率。此外还可以确认，在垂直型反应槽中能够以高浓度进行糖化反应。通过这样，能够使糖化反应槽的规模缩小，有助于降低设备费用。

＜实施例2：搅拌轴的保温＞

以与实施例1同样的方法，在作为水平型反应槽的Bunodoraiya中，不仅向壳套，而且还向搅拌轴侧通50℃的热水，对上述“A.预处理了的含纤维素生物质的制备”中得到的预处理生物质连续地进行糖化反应。从向水平型反应槽即Bunodoraiya中添加最开始的预处理生物质开始计在6小时后、24小时后停止反应，测定糖浓度。结果如表2所示。

[表2]

由表2的结果可以判断出，通过在向水平型反应槽的搅拌机通热水的情况下进行糖化反应，能够确认到糖浓度提高了，进而能够使糖化反应高效化。

＜实施例3：过滤型固液分离装置的并用＞

使实施例2得到的糖化液在6小时后停止糖化反应，进而作为过滤型固液分离装置使用压滤器(アタカ大機株式会社制)进行固液分离。固液分离后向压滤器供给50℃的热水5L，进行压榨，使用上述“1.糖的分析方法”测定糖化液和所得到的糖液的总量、浓度。结果如表3所示。

[表3]

由表3的结果可以确认，通过将得到的糖化液用压滤器过滤，并供给50℃的热水，能够在压滤器的滤室内使糖化反应得到促进，至于得到的糖的质量，收率比糖化液还高。此外可以确认，通过6小时左右的糖化反应，在糖的收率方面，可以得到与糖化24小时后同等程度的糖浓度，这暗示了可以降低设备费用。此外，作为糖的质量，在没有过滤装置的情况，假设生物质未分解量为1kg，液量为19L、清洗后为24L而进行计算。结果可以确认，通过实施糖化残渣的热水清洗，糖收率也得到提高。

＜比较例1＞

与实施例1～3同样，从上述“A.预处理了的含纤维素的生物质的制备”得到的预处理生物质中以干燥质量计分取多份2kg，作为垂直型反应槽使用壳套式的总容量25L的反应槽进行糖化反应。作为糖化条件，对爆碎生物质使用氢氧化钠、对氨处理生物质使用硫酸，将pH调整到4.8，然后添加Accellerase DUET(ダニスコジャパン株式会社制)400mL。按照固体成分浓度分别变为10wt％、15wt％、20wt％那样添加水，将壳套使用热水保持在50℃进行24小时糖化反应。从最开始的预处理生物质的添加开始计在6小时后、24小时后停止反应，测定糖浓度。结果如表4所示。

[表4]

由表4的结果可以确认，在任一种固体成分浓度下，与实施例1相比较、糖浓度都低。再者，在固体成分浓度为15wt％、20wt％的情况，由于粘度过高，所以在反应初期搅拌机转不动，但在15wt％的情况是在50分钟后、在20wt％的情况是在150分钟后粘度降低，搅拌机变得能够转动起来了。

＜比较例2＞

与实施例1～3同样，从上述“A.预处理了的含纤维素的生物质的制备”得到的预处理生物质中以干燥质量计分取多份2kg，分别都进行糖化反应。作为糖化槽使用水平型反应槽株式会社奈良机械制作所制的Bunodoraiya(槽装容量：约30L)，连续地糖化反应。将50℃的热水仅供给壳套，进行糖化反应。按照槽装容量30L相应地将反应时间设为24小时，连续地添加预处理生物质、pH调整剂(硫酸或氢氧化钠水溶液)、酶液(Accellerase DUET、ダニスコジャパン株式会社制)和水。反应共运转3天。各添加速度为：pH调整剂以糖化液的pH变为4.8那样添加，酶液相对于预处理生物质的干燥质量1kg供给200mL，水的添加量包括pH调整剂和酶液在内、以固体成分浓度变为10wt％、15wt％、20wt％、30wt％那样进行添加，进行糖化反应。

每次得到的糖液，都在Bunodoraiya的底部有固体成分蓄积，不能得到稳定的糖液。此外，最终由于在底部蓄积的固体成分，搅拌机变得不能转动。像这样，仅靠使用水平型反应槽、不能使糖化连续地进行处理。由此可以确认，在实施例1中，通过将水平型反应槽和垂直型反应槽一起使用，能够进一步提高糖化效率。

＜比较例3：水平型反应槽无保温＞

与实施例1～3同样、从上述“A.预处理了的含纤维素的生物质的制备”得到的预处理生物质中以干燥质量计分取多份2kg，每一份都进行糖化反应。作为糖化槽使用水平型反应槽奈良机械制作所制的Bunodoraiya(槽装容量：约30L)，连续地进行糖化反应。不向壳套和搅拌轴中通热水、不进行温度控制地进行糖化反应。外部的温度为25度。按照槽装容量30L相应地使反应时间为30分钟，连续地添加预处理生物质、pH调整剂(硫酸或氢氧化钠水溶液)、酶液(Accellerase DUET)和水。添加速度为，添加pH调整剂使pH变为4.8，添加酶液使其相对于预处理生物质的干燥质量1kg供给200mL，水添加量，包括pH调整剂和酶液在内添加成固体成分浓度变为10wt％、15wt％、20wt％、30wt％，这样进行糖化反应。然后分取排出的糖化浆料20L，作为垂直型反应槽、使用壳套式的总容量25L的反应槽进行糖化反应。糖化反应是从向水平型反应槽Bunodoraiya中最开始的预处理生物质的添加开始计在6小时后、24小时后停止反应，测定糖浓度。结果如表5所示。

[表5]

由表5的结果可以确认，在任一种固体成分浓度下，与实施例1、2相比较、糖浓度都低。此外，在垂直型反应槽中的糖化时固体成分浓度为20wt％、30wt％的情况下，搅拌机分别在1小时、2小时时由于粘度过高，而发生转不动的现象。像这样，通过与实施例1、2相比较，可以判断，水平型反应槽的温度控制对于糖化反应非常重要。

产业可利用性

本发明的糖液的制造装置和糖液的制造方法可以很好地用于高效制造高浓度的糖液。

附图标号说明

10A～10E  糖液的制造装置(糖液制造装置)

11、51  水平型反应槽

11a  壁面

12、46  壳套(加热部)

13  垂直型反应槽

21、21A、21B  搅拌轴

22、22A、22B、42  搅拌翼

22a  缺口部

24  电机(驱动装置)

25  生物质导入口

26  含纤维素的生物质

27  水

28  pH调整剂

31、44  酶供给通路

32、45  糖化酶

33  糖化浆料

34  糖化浆料排出口

35、55、74  热水

36  壳套用热水供给通路

37  壳套用热水排出通路

38  阻塞部

41  糖化液

43  竖式搅拌驱动装置(竖式搅拌电机)

52  中空搅拌轴

53  中空旋转体用热水供给通路

54  中空旋转体用热水排出通路

61  生物质供给装置(生物质供给部)

62  料斗

63  喂料搅拌机

64  喂料搅拌机用电机(喂料搅拌机驱动部)

65  移送机

66  移送机用电机(移送机用驱动部)

67  固体成分调整水供给通路

71  固液分离装置

72  糖液

73  热水供给槽

75  糖化残渣

L11  糖化浆料供给管线

L21、L21－1、L21－2  糖化液供给管线

L22  糖液排出管线

L23  热水供给管线

L24  糖化残渣排出管线

P11  糖化液供给泵

P12  糖液供给泵

P13  热水供给泵

P14  糖化残渣排出用泵

V11～V14  调节阀

Claims (16)

1.一种糖液的制造装置，用于从含纤维素的生物质制造糖液，具有：

水平型反应槽，其在内部具有沿着水平方向设置的搅拌轴和设置在所述搅拌轴上的搅拌翼，用于一边将所述含纤维素的生物质和糖化酶进行搅拌，一边使所述含纤维素的生物质和所述糖化酶反应而得到糖化浆料，

垂直型反应槽，用于将所述糖化浆料糖化而得到糖化液，

糖化浆料供给管线，其将所述水平型反应槽和所述垂直型反应槽连接起来，以及

加热部，其设置在所述水平型反应槽的周围或壁面，用于加热所述水平型反应槽。

2.如权利要求1所述的糖液的制造装置，所述水平型反应槽具有向所述水平型反应槽从其一侧供给所述含纤维素的生物质的生物质导入口、和从所述水平型反应槽的所述生物质导入口的相反侧排出所述糖化浆料的糖化浆料排出口。

3.如权利要求1或2所述的糖液的制造装置，所述水平型反应槽在所述糖化浆料排出口具有能够阻塞所述糖化浆料流出的阻塞部。

4.如权利要求1～3的任一项所述的糖液的制造装置，所述搅拌轴能够被加热。

5.如权利要求1～4的任一项所述的糖液的制造装置，所述搅拌轴和所述加热部中的任一者或两者是热介质能够从内部通过的中空体。

6.如权利要求5所述的糖液的制造装置，所述热介质的温度是40℃以上60℃以下。

7.如权利要求1～6的任一项所述的糖液的制造装置，在所述水平型反应槽的所述生物质导入口的上游侧具有用于供给含纤维素的生物质的生物质供给部。

8.如权利要求1～7的任一项所述的糖液的制造装置，具有用于从所述垂直型反应槽排出所述糖化液的糖化液供给管线、和从所述糖化液分离固体成分而得到糖液的固液分离装置。

9.如权利要求8所述的糖液的制造装置，具有与所述固液分离装置连接的、用于向所述固液分离装置内供给热水的热水供给管线。

10.如权利要求1～9的任一项所述的糖液的制造装置，所述水平型反应槽具有多个所述搅拌轴、和设置在各所述搅拌轴上的多个搅拌翼。

11.如权利要求1～10的任一项所述的糖液的制造装置，所述搅拌翼具有缺口部。

12.如权利要求1～11的任一项所述的糖液的制造装置，所述垂直型反应槽具有用于向内部供给糖化酶的第2酶供给通路。

13.如权利要求12所述的糖液的制造装置，向所述水平型反应槽供给的糖化酶和从所述第2酶供给通路供给的糖化酶种类不同。

14.如权利要求1～11的任一项所述的糖液的制造装置，在所述水平型反应槽中所述含纤维素的生物质和所述糖化酶之间的糖化反应进行到实施热化学处理后的含纤维素的生物质的干燥质量相对于糖化浆料的总质量为15质量％以上50质量％以下。

15.如权利要求14所述的糖液的制造装置，所述热化学处理选自氨处理、水热处理、爆碎处理、碱处理和稀硫酸处理。

16.一种糖液的制造方法，使用权利要求1～15的任一项所述的糖液的制造装置从含纤维素的生物质制造糖液。