JP2007089573A - バイオマスを原料とする糖組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 埋め立て・焼却処分されている建築廃材、産業廃棄物、生活廃棄物、農産廃棄物などや間伐材などの木質系バイオマスもしくは木質系バイオマス含有率が多いこれらの廃棄物から、有用な生化学原料やエネルギー資源となり得る、ヘミセルロース系オリゴ糖、セルロース系オリゴ糖、グルコース類の３種の糖組成物を、酵素反応などを用いることなく、簡易に分離取得する方法を提供する。
【解決手段】 固形バイオマス、特に木質系バイオマスを酸濃度の異なる２種以上の酸処理液による処理工程で順次処理し、各処理工程で処理液から上清と固形物を分離し、分離した固形物を引き続く酸処理工程で処理する操作を繰り返すことによって各処理工程で種類の異なる糖組成物を分離、回収する工程を含むことを特徴とするヘミセルロース系オリゴ糖、セルロース系オリゴ糖、グルコース類の３種の糖組成物を製造する方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、バイオマスを原料として、酸処理を行うことによりオリゴ糖やグルコースなどの糖組成物を製造する方法に関する。

地球温暖化対策で、二酸化炭素排出量の削減目標を定めた京都議定書が批准され、日本は二酸化炭素排出量を１９９０年比で６％削減しなければならない。二酸化炭素排出削減には、化石燃料エネルギーを使用するのではなく、バイオマスエネルギーに転換することが有効である。このような背景下に、日本でもアルコールビジネスは動き出しており、２００６年から３％アルコールを添加したガソリンの販売が開始されるが、２０００年実績のガソリン使用量で換算した場合、全てのガソリンに添加すれば約１８０万キロリットルのアルコール需要が見込まれる。

バイオマスで最も供給量が期待される木質系バイオマスは、セルロース繊維の結晶構造がリグニンと複合体を形成して物理的及び化学的に強い構造を有する。セルロースはβ１−４結合をしたD-グルコースの重合体であり、結晶領域と非結晶領域で構成されている。その他の構成多糖がヘミセルロースで、キシロース、アラビノース、マンノース等の種々の単糖で構成されている。リグニンはフェニルプロパンを基本単位とする芳香族性高分子で、セルロースやヘミセルロースなどの糖組成物とは構造が異なる。化学的に見ると木材はセルロースが約５０％、ヘミセルロースが約２０％〜３０％、リグニンが約２０〜３０％の主要成分と、数％の副成分で構成されている（原口隆英ら「木材の化学」ｐ４〜５、文永堂出版、１９８５年発行）。

間伐材、建築廃材、産業廃棄物、生活廃棄物、農産廃棄物などの木質系バイオマスもしくは木質系バイオマス含有率が多いこれらの廃棄物は、そのほとんどが埋め立て・焼却処分されているが、処分場の枯渇や焼却処分で生じるダイオキシン問題などで、現在の処理方法は限界に近づいている。木質系バイオマスは有用な生化学原料やエネルギー資源となり得る可能性もあるため、廃棄物減量の削減を図りながら有用な成分を取り出す技術開発は、環境問題とエネルギー問題の対策として望まれている。

従来より、様々な手法により、木質系バイオマスから高発熱量燃料への転換が図られてきており、特にメタン、ブタノール、エタノール、あるいはメタノールなどの液体燃料に転換することがこれまで数多く試みられてきた。その理由として、かさ高い固体の状態よりも、輸送・貯蔵面での優位性が挙げられるが、それ以上に、単位質量当たりの発熱量が木材に比べて著しく改善されることも大きな理由である。

バイオマス転換の方法としては、多数の著書（非特許文献１〜４）に示されているように、熱分解、ガス化、嫌気性発酵など、広く行われてきているが、その中でも、酸又は酵素加水分解により単糖化した後、発酵によりエタノールを得る方法が広く研究されている。
このうち、酵素加水分解反応は、酵素分子を対象とするバイオマス空隙に進入させる必要があることから、酵素を基質に接触させるために、化学的、物理的、微生物的方法による前処理を行う必要がある点がコスト的な面などから、実用化の障壁になっている。

一方、酸加水分解による酸糖化法としては、主成分であるセルロース、ヘミセルロースなどの多糖を単糖に加水分解し、芳香族性高分子のリグニンと分離する方法が、前述の著書にも示されているように、古くから取り組まれてきた。これまでに提案されてきた糖化法は、触媒として用いる酸の濃度によって希酸法と濃酸法に大別される。
希酸法は数％程度の硫酸を用いて１２０℃から、時には２４０℃程度の反応条件で行うことにより糖化を目指す方法である。容易な酸の回収と再利用、装置の腐食性が低いことが特徴としてあげられる反面、高温高圧下の反応条件が必要であることと、グルコース収率が低いという欠点がある。
濃酸法は７０％程度の硫酸もしくは４０％程度の塩酸を用いる方法であり、希酸法に比べて低い温度で反応が可能で収率が高いという利点がある反面、装置の腐食と酸の回収が難しいことが挙げられる。

以上の方法はいずれも、後段のエタノール発酵過程に供する液を効率的に産出するためのものであり、さらに改良された方法として、以下のような技術も提案されている。

（１）セルロース系物質を７０質量％以上の濃度のリン酸に溶解及び／又は膨張させた状態で、３０〜６０℃の温度で強力な攪拌を行って得られる非結晶セルロースあるいはセロオリゴ糖をセルラーゼで分解する（特許文献１）。
（２）セルロース及びヘミセルロース系物質を約２５〜９０質量％の酸溶液で３５〜８０℃の条件で混合することによってゲル化し、その後、酸濃度を２０〜３０質量％に希釈した後、８０〜１００℃に加熱して加水分解を促進する（特許文献２）。

（３）セルロース材料をカドキセンなど金属キレート苛性膨潤溶媒に溶解し、希硫酸を用いて加水分解する（特許文献３）。
（４）セルロース系材料を濃塩酸と、濃硫酸との混液中で処理する（特許文献４）。
（５）微細構造破壊の為に、アセチル化を目的として鉱酸と酢酸で処理する（特許文献５）。

しかしながら、これらのいずれの方法も、処理後の糖液はヘミセルロース、セルロースの構成糖の混合物となり、後段の発酵過程において、キシロースなどの糖は発酵反応を著しく阻害することがわかっている。そのため、このような糖化液から発酵に必要な炭素源だけを純化するためにさまざまな提案がなされてきた。
さらに酸による糖化法は、いずれの反応も高温・高圧条件もしくは強攪拌条件が必要であることなど、製造コストが問題となっている。
また、後段の発酵過程での効率化のため、前途の糖化液中でほとんど単糖の状態にまで分解されており、近年、整腸作用などの生理作用が注目されているオリゴ糖そのものを取り出すことについて着目されておらず、得られたオリゴ糖を再度、酸又は酵素加水分解を行うことによりグルコース収率を向上することだけに着目されてきた。

オリゴ糖は、ブドウ糖や果糖などの単糖が数個結合したもので、フラクトオリゴ糖、大豆オリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、キシロオリゴ糖、アガロオリゴ糖などがある。これらのオリゴ糖は、虫歯予防甘味料、腸内細菌の選択的な増殖促進効果による整腸作用、食物繊維と同様に、余分な腸内コレステロール、胆汁酸の排出作用があるとされており、特定保健用食品として認定された乳酸飲料、食品などに添加される有用な糖類であり、医薬、サニタリーの分野でも乳化剤、保湿剤など幅広い用途がある。

オリゴ糖の製造方法としては、これまでに以下のような技術が提案されている。
（１）天然リグノセルロース材料を蒸解して得られるパルプを、セルラーゼによって部分的に加水分解してセロオリゴ糖を得る。この際、反応液を連続的に限外濾過膜で処理し、オリゴ糖の重合度を調節する（特許文献６）。
（２）キシラン原料をヘミセルラーゼ処理により、特定の反応条件で分解することでキシロースの生成を抑えながらキシロビオースを高濃度で得る（特許文献７）。

（３）レバン及びイヌロビオースを加水分解する活性を有する酵素源の存在下、水性媒体中でイヌロビオースを反応させ、水性媒体中に生成したオリゴ糖類を採取する（特許文献８）。
（４）キシラン含有天然物から細片化、蒸煮、水洗、水抽出、オゾン処理、イオン交換樹脂、濃縮乾固してオリゴ糖を得る（特許文献９）。
（５）製紙用パルプのヘミセルラーゼ処理後の液を膜濾過法によって濃縮し、酸加水分解してオリゴ糖を得る（特許文献１０）。

以上の（１）〜（５）の方法において、（４）以外はいずれもオリゴ糖を得る過程もしくは、前処理の段階に酵素を用いている。これは、基質特異性の高い酵素を利用し、純粋なオリゴ糖を得るためであるが、高価な酵素を利用することが実用化を妨げてきた。（４）については高温・高圧下条件が必要で、オゾン処理もコスト高の一因となっている。
特許第３０１６４１９号広報 特表平１１−５０６９３４号広報： 特開昭５７−５３８０１号広報 特公昭５７−５３８０１号広報 特公昭５９−５３０４０号広報 特公平８−２３１２号広報 特開昭６２−１５５０９５号広報 特開平８−２８３２８４号広報 特公平７−０５５９５７号広報 特開平１２−３３３６９２号広報 日本木材学会編「木質バイオマスの利用技術」ｐ１９〜６１、文永堂出版、１９９７年７月発行 湯川秀明ら「バイオマスエネルギー利用の最新技術」各論編ＩＩ−１章、ＣＭＣ出版、２００１年８月発行 飯塚尭介ら「ウッドケミカルスの最新技術」ｐ６〜３４、ＣＭＣ出版、２００１年１０月発行 船岡ら「木質系有機資源の新展開」第５章−２、ＣＭＣ出版、２００５年１月発行

本発明者らは、バイオマス、特に木質系バイオマスの酸処理において、ヘミセルロース系オリゴ糖、セルロース系オリゴ糖、グルコースにそれぞれ着目し、鋭意研究を重ねた結果、これら３種の糖組成物を、酵素反応などを用いることなく、簡易に分離することが可能であることを見出した。従って、本発明は、木質系等のバイオマスに含まれる糖組成物を安価にかつ簡易に分離、取得することを目的とする。また、ヘミセルロース系糖組成物をセルロース系糖組成物と分離することにより、後段のエタノール発酵効率向上も可能とすることを目的としている。

上記の目的を達成するための本発明は、次の各発明を包含する
（１）固形バイオマスを酸濃度の異なる２種以上の酸処理液による処理工程で順次処理し、各処理工程で処理液から上清と固形物を分離し、分離した固形物を引き続く酸処理工程で処理する操作を繰り返すことによって、各処理工程で種類の異なる糖組成物を分離、回収する工程を含むことを特徴とする固形バイオマスから複数種の糖組成物を製造する方法。

（２）前記固形バイオマスが木質系バイオマスを含有することを特徴とする（１）項記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（３）前記固形バイオマスが１０ｍｍの目開きのふるいを通過するサイズに微細化されていることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（４）前記各酸処理工程における処理温度が３５℃以下であることを特徴とする（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（５）前記各酸処理工程で使用する酸が、硫酸、硝酸、塩酸及びリン酸から選ばれる１種の酸もしくは複数種の酸の混合酸であることを特徴とする（１）項〜（４）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（６）前記各酸処理工程における１つの酸処理工程が、上清としてヘミセルロース系オリゴ糖を分離、取得するための酸処理工程であり、かつ、該酸処理工程における酸処理液の酸濃度が５５〜６３質量％であることを特徴とする（１）項〜（５）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（７）前記各酸処理工程における１つの酸処理工程が、上清としてセルロース系オリゴ糖を分離、取得するための酸処理工程であり、かつ、該酸処理工程における酸処理液の酸濃度が６４〜７０質量％であることを特徴とする（１）項〜（６）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（８）前記１つの酸処理工程が上清としてセルロース系オリゴ糖を分離、取得するための酸処理工程であり、かつ、該酸処理工程において、分離される上清の酸濃度における酸処理液の酸濃度を６４〜７０質量％から３０〜６３質量％まで低下させて上清中のセルロース系オリゴ糖を凝集させることを特徴とする（７）項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（９）前記各酸処理工程における上清と固形物の分離を、フィルターとしてセルロース基材を使用して行うことを特徴とする（１）項〜（８）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（１０）前記酸処理工程で得られるセルロース系オリゴ糖を酸又は酵素によって処理してグルコースを主成分とする単糖に転化する工程を有することを特徴とする（１）項〜（９）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（１１）前記固形バイオマスを酸濃度の異なる２種以上の酸処理液による処理工程で順次処理する一連の処理工程は、最初の酸処理液による処理工程が上清としてヘミセルロース系オリゴ糖を分離、取得する工程であり、次の酸処理液による処理工程が、前段の酸処理工程で上清から分離された固形物を酸処理液で処理して上清としてセルロース系オリゴ糖を分離取得する工程であることを特徴とする（１）項〜（１０）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（１２）前記セルロース系オリゴ糖を分離取得する酸処理工程は、セルロース系オリゴ糖を含有する上清をセルロース基材からなるフィルターで処理して低重合度のセルロース系オリゴ糖成分含有ろ液と比較的に高重合度のセルロース系オリゴ糖成分に分割する工程を有することを特徴とする（１）項〜（１１）項のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

（１３）前記低重合度のセルロース系オリゴ糖成分含有ろ液の酸濃度を３０〜６３質量％に低下させて低重合度のセルロース系オリゴ糖成分を凝集させて高重合度のセルロース系オリゴ糖に転化することを特徴とする（１２）に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

本発明によれば、従来、そのほとんどが埋め立て・焼却処分されている建築廃材、産業廃棄物、生活廃棄物、農産廃棄物などや間伐材などの木質系バイオマスもしくは木質系バイオマス含有率が多いこれら廃棄物から、有用な生化学原料やエネルギー資源となり得る糖組成物を得ることが可能性となり、環境問題とエネルギー問題の対策として有望な技術が提供される。

以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明が処理対象とするバイオマスには、間伐材、建築廃材、木材チップ、おがくず、剪定材や、木質材含有物を含む産業・生活廃棄物の他に、籾殻、竹、バガス、ワラ類、トウモロコシ穂軸などの農産廃棄物などが含まれる。また、古新聞、雑誌、段ボール、古紙、パルプ、パルプスラッジ、リンター、綿、木綿などのセルロース系物質も処理可能である。上記バイオマス原料は、処理に供する前に微細化を行うことによって反応時間を短縮することが可能である。微細化の程度としては、１０ｍｍの目開きふるいを通過すれば、反応時間短縮に効果があり、５ｍｍ以下の粒子にすることがさらに望ましい。

本発明の方法においては、まず、上記バイオマス原料を５５〜６３質量％の酸で処理することにより、ヘミセルロース系オリゴ糖を溶出させる。酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、沸酸などの鉱酸やトリフルオロ酢酸のような有機酸もしくは、これらの酸混合液が使用可能であるが、中でも硫酸が望ましく、特に６０〜６２質量％の硫酸が本発明の方法には適している。ヘミセルロース系オリゴ糖を溶出させる反応は、常圧、３５℃以下で速やかに起こるが、オリゴ糖重合度低下を防ぐためには２５℃以下が望ましい。
この反応は特に加熱・加圧の必要がなく、従来の技術とは異なり生成物はオリゴ糖が主体で単糖は存在しても微量である。このため、単糖の過分解により生ずるフルフラール化合物や、単糖とアミノ酸が関与するメイラード反応由来の着色は抑制される。

溶出したヘミセルロース系オリゴ糖の回収方法としては、イオン交換樹脂法、膜濃縮法などが適用可能であるが、パルプ、セルロースパウダー、セルロースフィルターによる吸着でも容易に分離、回収することが可能である。また、上記処理液から不要画分を取り除いた後、酸濃度を急激に希釈することによってオリゴ糖を凝集させる方法も有効である。

以上の方法によって得られるヘミセルロース系オリゴ糖組成物は、処理したバイオマス原料によって、収率、構造、割合などが異なるものとなる。オリゴ糖の種類としては、グルクロノキシラン由来のキシロオリゴ糖や、ガラクタン由来のガラクトオリゴ糖、グルコマンナン由来のマンノオリゴ糖など、キシロース、アラビノース、ガラクトース、ラムノース、ガラクツロン酸、グルクロン酸、グルコースなどで構成されるオリゴ糖組成物となる。

次に、不溶画分について６４〜７０質量％の酸で処理することにより、セルロース系オリゴ糖を溶解させることができる。酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、沸酸、トリクロロ酢酸もしくは、これらの酸を主成分とした混合液が使用可能であるが、中でも硫酸が望ましく、特に６４〜６６質量％の硫酸が本発明の方法でセロオリゴ糖を溶出させるためには適している。セルロース系オリゴ糖を溶解させる反応は、常圧、３５℃以下で速やかに起こるが、オリゴ糖の重合度の低下を防ぐには２５℃以下が望ましい場合が多い。セルロース系オリゴ糖の回収方法もヘミセルロース系オリゴ糖の回収方法がそのまま踏襲できる。特に、凝集による回収を行う場合、セルロース系オリゴ糖が溶解した液をヘミセルロース系オリゴ糖溶出時に使用する酸濃度と同じ濃度にした場合、処理後の酸液濃度を調整することなく前段工程に利用可能となる。

これまでの技術では、酸糖化法により得られる糖液は、ヘミセルロース由来、セルロース由来のオリゴ糖もしくは単糖の混合物であり、それぞれを分離するには、別途、膜処理か、イオン交換、逆相などのクロマトグラフィーを行う必要があった。本発明の方法により、基質特異性が高いといわれている酵素を用いなくとも、ヘミセルロース系オリゴ糖、セルロース系オリゴ糖、グルコースを分離することが可能となる。ヘミセルロース系オリゴ糖を除去した後に得られるセルロース系オリゴ糖は、さらに、酸もしくは酵素による加水分解によって、グルコースに変換することも可能であるが、機能性食品等としてセロオリゴ糖の状態で提供することも可能である。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に示す各実施例において、％は、特に断りがない限りは全ての質量によるものであり、対木質系バイオマス物質の添加率は、絶乾質量に対する比である。また、平均重合度の算出には、フェノール硫酸法によって全糖量を算出した後に、ソモギーネルソン法によって還元糖の定量を行うことによって算出している。各定量方法については、「還元糖の定量法」（福井作蔵著学会出版センター）を参考にした。

＜参考例１＞
平均粒子径０．５ｍｍサイズに調製されたスギ木粉１００ｍｇづつをプラスチック試験管３本に入れ、夫々に４９％硫酸１０ｍｌを加え、２５℃に保ちながらスターラーにより８時間攪拌し、反応液を得た。同様な操作を、５３％、５７％、６１％、６５％の各濃度の硫酸についても行った。
上記反応液を遠心分離により上清と沈殿物を分離した。得られた上清から全糖１．４ｍｇ〜５３．１ｍｇの糖組成物が得られた。これら糖組成物溶液の全糖回収率及び還元末端定量から得られた平均重合度を測定し表１に示す。なお、表の数値は、３本の試験管の算術平均値を採用して記載した。

＜参考例２＞
参考例１−４と同じ糖組成物を更に一つ作成し、蒸留水で２０倍に希釈し、１１０℃、３０分のオートクレーブ処理を行い、単糖まで加水分解し、ダイオネクス社製イオンクロマトにより分析したところ、キシロース４．４ｍｇ、マンノース７．１ｍｇ、ガラクトース２．７ｍｇ、アラビノース２．１ｍｇ、グルコース４．５ｍｇであった。イオンクロマトグラフを図１に示す。

＜参考例３＞
参考例１−５と同じ糖組成物を更に一つ作成し、蒸留水で２０倍に希釈し、１１０℃、３０分のオートクレーブ処理を行い、単糖まで加水分解し、ダイオネクス社製イオンクロマトにより分析したところ、キシロース４．８ｍｇ、マンノース１３．１ｍｇ、ガラクトース４．６ｍｇ、アラビノース２．９ｍｇ、グルコース２７．７ｍｇであった。

＜参考例４、実施例１＞
平均粒子径０．５ｍｍサイズに調製されたスギ木粉１００ｍｇづつをプラスチック試験管多数本に入れ、夫々に６１％硫酸１０ｍ１を加え、２５℃に保ちながらスターラーにより８時間攪拌し、一段目の反応液を得た。上記反応液を遠心分離により上清と沈殿物を分離した。以上は参考例１−４と同じ条件である。この試料を多数本作成し、以下の実施例に供した。
上清は別の試験管に移し、沈殿物を試験管内に残し、これに６３％硫酸を１０ｍｌ加え、２５℃に保ちながら４時間攪拌した。得られた二段目の反応液を遠心分離した。得られた上清からは全糖１７．４ｍｇの糖組成物が得られた。これを実施例１−１とする。
前記一段目の沈殿物に対して、６３％硫酸に変えて、６５％、６７％、６９％の各硫酸により同様の操作を行い、二段目の反応液を得た。これらを実施例１−２、１−３、１−４とした。また、参考のため、６１％の硫酸により同様の操作を行い二段目の反応液を得て、これを参考例４とした。
上記の各二段目の反応液として得られた糖組成物について、参考例１と同様に全糖回収率及び還元末端定量から得られた平均重合度を測定し、表２に示す。

本実施例により、６５％硫酸の一段で処理した反応液（参考例１−５：回収率５３．１％）の糖の回収率値と比較して、６１％硫酸で処理した反応液（参考例１−４：２０．８％）と、残渣を６５％硫酸で処理した反応液（実施例１−２：２９．８％）の両者の回収率を加算した値は同程度であることが判明した。また二段目の硫酸濃度を上昇してもトータルの回収率に変動がないことも判明した。

＜実施例２＞
実施例１−２で得られた、二段目の反応液の糖組成物溶液を参考例３と同様にダイオネクス社製イオンクロマトにより分析したところ、重合度１０までのセロオリゴ糖が存在した（図２参照）。この糖組成物溶液を単糖まで加水分解し、ダイオネクス社製イオンクロマトにより分析したところ、９５％以上がグルコースであった（図３参照）。本実施例により、一段目にはヘミセルロース由来の糖だけを主として抽出することが可能で、同様に二段目の反応液にはセルロース由来の糖だけを主として抽出可能であることが判明した。

＜実施例３＞
実施例１−２において、６５％硫酸で二段目の反応液を得るための反応温度を２５℃に変えて、０℃、２０℃、３０℃、３５℃、４０℃、５０℃、６０℃の各温度でそれぞれ行った。反応温度と、糖組成物量（回収率）と平均重合度を表３に示す。なお、表３中の実施例１−２は、表２中の実施例１−２のデータを転記したものである。本実施例により、温度は糖の回収率にあまり影響しないが、糖の重合度が大きく変化することが判明した。

＜実施例４＞
フナコシ社製 微結晶セルロース粉末（商品名：フナセル）、雑誌古紙、段ボール原紙、トイレットペーパー（王子製紙社製 商品名ネピア）、醤油絞りかすを、ＦＲＩＴＣＨ社製 遊星型ボールミルにて粉砕した。これら試料１００ｍｇを、それぞれプラスチック製試験管に取り、以下実施例１−２と同様の条件で、二段目の反応液を得た。この糖組成物量（回収率）と平均重合度を表４に示す。比較のため、実施例１−２のデータも転記した。
本実施例により、様々な形態の木質バイオマス原料を利用可能であることが判明した。

＜実施例５＞
平均粒子径０．５ｍｍサイズに調製されたスギ、ヒノキ、コナラ、ユーカリ木粉それぞれ１００ｍｇに対し、実施例１−２と概略同様であるが、二段目の反応を２７℃、２時間とし、二段目の反応液を得た。それぞれの一段目の反応液、二段目の反応液の糖組成物を単糖まで加水分解し、ダイオネクス社製 イオンクロマトにより分析した。イオンクロマトグラフを図４〜図１１に示す。図と試料の対応は、「図面の簡単な説明」の欄に記載した。本実施例により、様々な樹種の木質バイオマスが利用可能であることが判明した。

＜実施例６＞
平均粒子径０．２５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍの各サイズに調製されたスギ木粉を用いた他は実施例１−２と同様にして二段目の反応液を得た。これを実施例６−１〜６−３とする。各二段目の反応液の糖組成物量（回収率）と平均重合度及び原料サイズを表５に示し、比較のため実施例１−２のデータも転記した。
更に、１、５、１０、２０ｍｍのメッシュのふるいを通過したスギのカンナ屑を用いた他は実施例１−２と同様にして二段目の反応液を得た。これを実施例６−４〜６−７とする。各二段目の反応液の糖組成物量（回収率）と平均重合度及び原料サイズを表５に示した。本実施例により、使用する木質バイオマス原料は粒径が１０ｍｍまでは回収率に影響がないことが判明した。

＜実施例７＞
実施例１−２と同様な条件で、多数の試験管で二段目の反応液を得て以下の実施例７、８に供した。この段階において、６１％硫酸による第一の反応液を別の試験管に取ったものをフラクション１としＦｒ．１と表示する。６５％硫酸による第二の反応液の上清液を別の試験管に取ったものをフラクション２としＦｒ．２と表示する。
Ｆｒ．２の試験管から液１ｍ１を１００ｍｌ用のビーカーに移し、これに２０℃の水１９ｍ１を添加した。析出した多量の沈殿を遠心分離機（１５０００ｒｐｍ、１５ｍｉｎ、２０℃）で分離して回収し、得られた処理液の上清（Ｆｒ．３）と沈殿（Ｆｒ．４）の糖組成物量（回収率）と平均重合度を表６に示す。本実施例により、溶解度の違いを利用することで、重合度の高いオリゴ糖を分離可能であることが判明した。

＜実施例８＞
Ｆｒ．２を３ＮのＮａＯＨで中和し、該中和液とフナコシ社製 微結晶セルロース粉末（商品名：フナセル）１ｇとを混合し、２５℃で一時間、５０ｒｐｍで攪拌した。処理後、上清（Ｆｒ．５）を取り除き、純水で沈殿を数回洗浄した後に、７０％エタノールを２ｍｌ添加し、２５℃で一時間、５０ｒｐｍで攪拌して上清（Ｆｒ．６）を回収した。
さらに、Ｆｒ．５の１ｍｌに対し、活性炭（ＷＡＫＯ社製 品番０３４−１８０５１）１００ｍｇを添加し、２５℃で一時間、５０ｒｐｍで攪拌し、上清を取り除き、純水で活性炭を数回洗浄した後に、７０％エタノールを２ｍｌ添加し、２５℃で一時間、５０ｒｐｍで攪拌して上清（Ｆｒ．７）を得ることによって、硫酸やＮａＯＨなどの塩を除去した。得られたオリゴ糖の回収率、平均重合度を表７に示す。本実施例により、結晶性セルロースや活性炭などを用いることにより、吸着作用度の違いを利用して重合度の異なるオリゴ糖を分離可能であることが判明した。

＜実施例９＞
Ｆｒ．２と、参考例３の上清をそれぞれ１０ｍｌ採取した。５ＮのＮａＯＨでｐＨ４．５に調製した後、０．２Ｍ酢酸緩衝液（ｐＨ４．５）に溶解させた１％セルラーゼ Ｔア
マノ４（天野エンザイム社製）を１ｍｌ添加し、総量を２０ｍｌになるように純水を添加して４５℃で７２時間の酵素処理を行った。コントロールとして煮沸して失活させた酵素液を用いて、同様に処理を行った。処理後、上清を回収し、イオンクロマトによってグルコース量を測定し、回収率を表８に示す。本実施例により、得られるオリゴ糖はセルラーゼにより単糖に分解可能であることが判明した。

＜実施例１０＞
Ｆｒ．２に対し、新たに調製した実施例１−１の一段目沈殿物を添加し、２５℃に保ちながら８時間攪拌し２回目の反応液を得た。上記反応液を遠心分離により上清（Ｆｒ．８）と沈殿物に分離した。Ｆｒ．８に対し、再度、新たに調製した実施例１−１の一段目沈殿物を添加し、同様の処理を経て３回目の反応液上清（Ｆｒ．９）を得た。以上同様の手順を繰り返し、４回目（Ｆｒ．１０）、５回目（Ｆｒ．１１）、６回目（Ｆｒ．１２）の処理液の上清について全糖量回収率及び平均重合度として表９に示す。本実施例により、処理液中の糖濃度を増加することが可能であることが判明した。

＜実施例１１＞
平均粒子径０．５ｍｍサイズに調製されたスギ木粉１００ｍｇづつをプラスチック試験管多数本に入れ、夫々に１０−７０％の酸１０ｍ１を加え、２５℃に保ちながらスターラーにより８時間攪拌し、一段目の反応液を得た。使用した酸は硫酸、リン酸、硝酸、沸酸、塩酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸をそれぞれ行い、高濃度の酸を入手しにくい、硝酸、沸酸、塩酸はそれぞれ上限濃度が６０％、４０％、３０％までを利用した。上記反応液を遠心分離により上清と沈殿物を分離した。処理液の上清について全糖量回収率として表１０に示す。
本実施例により、硫酸を使用した場合に最も糖回収率が高いことが判明した。

以上、詳述したように、本発明によれば、従来、その殆どが埋め立て、焼却処分されている建築廃材、産業廃棄物、生活廃棄物、農産廃棄物などや間伐材などの木質系バイオマスもしくは木質系バイオマス含有率が多い廃棄物から、有用な生化学原料やエネルギー資源となり得る糖組成物を得ることが可能となり、環境問題の解決に寄与することが期待される。また、本発明の方法によって安価に提供される各種オリゴ糖類は、虫歯予防甘味料、腸内細菌の選択的な増殖促進効果による整腸作用が期待できることから、食物繊維と同様に、特定保健用食品として認定された乳酸飲料、食品などに添加される有用な糖類としての用途が広がり、医薬、サニタリーの分野における乳化剤、保湿剤などとしての用途への拡大も期待できる。

参考例２の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ 実施例１−２の糖組成物溶液のイオンクロマトグラフ 実施例１−２の糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ スギの第一段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ スギの第二段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ ヒノキの第一段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ ヒノキの第二段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ コナラの第一段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ コナラの第二段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ ユーカリの第一段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ ユーカリの第二段反応糖組成物溶液の加水分解生成物のイオンクロマトグラフ

Claims (13)

1. 固形バイオマスを酸濃度の異なる２種以上の酸処理液による処理工程で順次処理し、各処理工程で処理液から上清と固形物を分離し、分離した固形物を引き続く酸処理工程で処理する操作を繰り返すことによって、各処理工程で種類の異なる糖組成物を分離、回収する工程を含むことを特徴とする固形バイオマスから複数種の糖組成物を製造する方法。
2. 前記固形バイオマスが木質系バイオマスを含有することを特徴とする請求項１記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
3. 前記固形バイオマスが１０ｍｍの目開きのふるいを通過するサイズに微細化されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
4. 前記各酸処理工程における処理温度が３５℃以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
5. 前記各酸処理工程で使用する酸が、硫酸、硝酸、塩酸及びリン酸から選ばれる１種の酸もしくは複数種の酸の混合酸であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
6. 前記各酸処理工程における１つの酸処理工程が、上清としてヘミセルロース系オリゴ糖を分離、取得するための酸処理工程であり、かつ、該酸処理工程における酸処理液の酸濃度が５５〜６３質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
7. 前記各酸処理工程における１つの酸処理工程が、上清としてセルロース系オリゴ糖を分離、取得するための酸処理工程であり、かつ、該酸処理工程における酸処理液の酸濃度が６４〜７０質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
8. 前記１つの酸処理工程が上清としてセルロース系オリゴ糖を分離、取得するための酸処理工程であり、かつ、該酸処理工程において、分離される上清の酸濃度における酸処理液の酸濃度を６４〜７０質量％から３０〜６３質量％まで低下させて上清中のセルロース系オリゴ糖を凝集させることを特徴とする請求項７に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
9. 前記各酸処理工程における上清と固形物の分離を、フィルターとしてセルロース基材を使用して行うことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
10. 前記酸処理工程で得られるセルロース系オリゴ糖を酸又は酵素によって処理してグルコースを主成分とする単糖に転化する工程を有することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
11. 前記固形バイオマスを酸濃度の異なる２種以上の酸処理液による処理工程で順次処理する一連の処理工程は、最初の酸処理液による処理工程が上清としてヘミセルロース系オリゴ糖を分離、取得する工程であり、次の酸処理液による処理工程が、前段の酸処理工程で上清から分離された固形物を酸処理液で処理して上清としてセルロース系オリゴ糖を分離取得する工程であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
12. 前記セルロース系オリゴ糖を分離取得する酸処理工程は、セルロース系オリゴ糖を含有する上清をセルロース基材からなるフィルターで処理して低重合度のセルロース系オリゴ糖成分含有ろ液と比較的に高重合度のセルロース系オリゴ糖成分に分割する工程を有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。
13. 前記低重合度のセルロース系オリゴ糖成分含有ろ液の酸濃度を３０〜６３質量％に低下させて低重合度のセルロース系オリゴ糖成分を凝集させて高重合度のセルロース系オリゴ糖に転化することを特徴とする請求項１２に記載の複数種の糖組成物を製造する方法。

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