JP2007282597A - Method for solubilizing woody biomass - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for solubilizing a woody biomass capable of efficiently separating cellulose, hemicellulose and lignin in the woody biomass and breaking the embedding structure of cellulose in lignin. <P>SOLUTION: A woody biomass 10 is mixed in an aqueous solution containing bicarbonate ion, and immersed 11 for a definite period. The mixture is heated 12 to remove hemicellulose and lignin in the woody biomass and separate cellulose. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、木質バイオマスからセルロースを取り出すための木質バイオマスの可溶化方法に関するものである。   The present invention relates to a method for solubilizing woody biomass for extracting cellulose from woody biomass.

エタノール製造の原料になる植物系バイオマスは、糖・デンプン系バイオマスとセルロース系バイオマスに大別される。   Plant-based biomass that is used as a raw material for ethanol production is roughly divided into sugar-starch biomass and cellulose-based biomass.

エタノール発酵原料として一般的に用いられてきた糖・デンプン系バイオマスは、サトウキビ(ショ糖)、トウモロコシ実部、甘藷(デンプン)に代表される食用に用いられてきた農産物であり、容易にエタノールに転換可能なC6糖分であるデンプンがおよそ70%、ヘミセルロース(C5糖分であるキシロースを含有する)10%、その他20%で構成されている。   Sugar / starch biomass, which has been generally used as a raw material for ethanol fermentation, is an agricultural product that has been used for food such as sugarcane (sucrose), corn seeds, and sweet potato (starch). About 70% of starch, which is a convertible C6 sugar, is composed of 10% hemicellulose (containing xylose, which is a C5 sugar), and 20%.

これに対し、草木に代表されるセルロース系バイオマスは、セルロース(C6糖分であるグルコースの重合体)がおよそ40〜50%、ヘミセルロースが20〜30%、その他としてリグニンが25〜33%の割合で構成されている。   In contrast, cellulosic biomass represented by vegetation is approximately 40-50% cellulose (polymer of glucose that is a C6 sugar), 20-30% hemicellulose, and 25-30% lignin as others. It is configured.

セルロース系バイオマスは、デンプン系バイオマスを原料とするアルコール発酵で一般に用いられてきた酵母(Saccharomyces cereviciae)は、C5糖をエタノールに変換できないため、これまで発酵原料としてはC6糖分のみ利用されてきた。   Cellulosic biomass, yeast (Saccharomyces cerevisiae), which has been generally used in alcoholic fermentation using starch-based biomass as raw material, cannot convert C5 sugar to ethanol, so far, only C6 sugar content has been used as a fermentation raw material.

収率面でデンプン系バイオマスにおいては問題がないが、C5糖分を比較的多く含むセルロース系バイオマスでは、C6糖しかエタノールに転換されないため、収率の低さが発酵原料としての実用化を妨げる原因となっていた。例えば、既存のアルコール発酵性酵母は、キシロースを利用できないが、キシロース代謝系酵素の遺伝子を導入することによりキシロースを発酵できることが報告されており、発酵効率の向上が図られている。   In terms of yield, there is no problem in starch-based biomass, but in cellulosic biomass that contains a relatively large amount of C5 sugar, only C6 sugar is converted to ethanol, so the low yield hinders practical application as a fermentation raw material It was. For example, although existing alcohol fermentable yeast cannot use xylose, it has been reported that xylose can be fermented by introducing a gene for a xylose metabolic enzyme, and the fermentation efficiency is improved.

さらにセルロース系バイオマスは、リグニン含量が比較的少なく、柔軟な組織構造をもつソフトバイオマス(籾殻、稲わら、バガス、トウモロコシや麦の葉・茎・鞘、その他草木類;C6(セルロース)45%、C5(ヘミセルロース)30%、リグニン25%)と、リグニン含量が比較的多く、強固な組織構造をもったハードバイオマス(製材廃材、林地残材、建築廃材など;C6(セルロース)40%、C5(ヘミセルロース)27%、リグニン33%)に分けることができる。   In addition, cellulosic biomass is a soft biomass (rice husk, rice straw, bagasse, corn and wheat leaves / stems / sheaths, other vegetation; C6 (cellulose) 45%, with relatively low lignin content, C5 (hemicellulose) 30%, lignin 25%) and hard biomass with relatively high lignin content and a strong tissue structure (sawmill waste, forest residue, building waste, etc.); C6 (cellulose) 40%, C5 ( Hemicellulose) 27%, lignin 33%).

現在、米国では、ソフトバイオマスとして、トウモロコシの葉、茎、鞘の利用技術が進められてきているが、ソフトバイオマスに比較して、一般に木質バイオマスといわれているハードバイオマスは、その強固な組織構造のため、糖化処理が容易でなく、事業性、経済性を見出すことが困難であるとされている。   Currently, in the United States, corn leaves, stems, and pods are being used as soft biomass. Compared with soft biomass, hard biomass, generally called woody biomass, has a strong organizational structure. Therefore, it is said that saccharification treatment is not easy and it is difficult to find business and economic efficiency.

しかし、バイオマス資源として間伐材や農産物非食部(茎、葉、籾殻)等木質バイオマスを使用することが、その賦存量が多いこと、食料供給に競合しないこと等の理由で有望であると考えられる。   However, it is considered promising to use woody biomass such as thinned wood and non-agricultural products (stems, leaves, rice husks) as biomass resources because of its large amount and non-competitive food supply. It is done.

これらは、リグノセルロース系の木質バイオマスと称され、上述したように、主に、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンから構成される。   These are called lignocellulosic woody biomass, and are mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin as described above.

セルロースは、グルコースを構成成分とする単一単糖の結晶性高分子であり、ヘミセルロースは、各種の5単糖(キシロース等)や6単糖(グルコース等)を構成成分とする非晶性高分子である。   Cellulose is a crystalline polymer of a single monosaccharide containing glucose as a constituent component, and hemicellulose is an amorphous high polymer containing various monosaccharides (such as xylose) and six monosaccharides (such as glucose) as constituent components. Is a molecule.

リグニンは、フェノール性芳香族が複雑に重合した高分子化合物で、セルロースやヘミセルロースと複雑に絡みあって存在する。   Lignin is a high molecular compound in which phenolic aromatics are complexly polymerized, and is present in a complex relationship with cellulose and hemicellulose.

これらのバイオマスをマテリアル利用する際には、後段での生産物であるエタノールなどの発酵工程の原料となる糖を効率よく回収することが必要である。   When using these biomass materials, it is necessary to efficiently recover sugar that is a raw material for the fermentation process, such as ethanol, which is a subsequent product.

この糖化工程での効率よい変換(糖化率、糖化速度の向上)を可能にするためには効果的な前処理法が必要となる。   An effective pretreatment method is required to enable efficient conversion in this saccharification step (improvement of saccharification rate and saccharification rate).

リグノセルロース系バイオマスを効率よく加水分解し糖化するには、リグニン除去、セルロースの結晶化度の低下、および糖化反応比表面積の増大等のための前処理が必要となる。   In order to efficiently hydrolyze and saccharify lignocellulosic biomass, pretreatment for removing lignin, reducing the crystallinity of cellulose, and increasing the specific surface area of saccharification reaction is required.

これら前処理法としては、物理的、化学的あるいは生物的方法等さまざまな方法が検討されている。   As these pretreatment methods, various methods such as physical, chemical or biological methods have been studied.

実用化技術として、1)希硫酸法、2)希硫酸+熱水法、3)蒸煮爆砕法がある。   Practical technologies include 1) dilute sulfuric acid method, 2) dilute sulfuric acid + hot water method, and 3) steaming explosion method.

1)希硫酸法
希硫酸として通常0.5〜1.5%濃度の硫酸を使用し、木質バイオマスを混合させ165〜183℃で3〜12分間処理する。希硫酸処理はセルロースの結晶化度を下げ、次工程の糖化を容易にする。
1) Dilute sulfuric acid method Usually, sulfuric acid with a concentration of 0.5 to 1.5% is used as diluted sulfuric acid, and woody biomass is mixed and treated at 165 to 183 ° C for 3 to 12 minutes. The dilute sulfuric acid treatment reduces the crystallinity of cellulose and facilitates saccharification in the next step.

2)希硫酸/熱水法
希硫酸法の改良法で、希硫酸法のみでは、ほとんどのリグニンが残留するという問題があったため、それを固液分離後、熱水洗浄することで本問題を解決する。
2) Dilute sulfuric acid / hydrothermal method An improvement of the dilute sulfuric acid method, there was a problem that most of the lignin remained in the dilute sulfuric acid method alone, so this problem was solved by hot water washing after solid-liquid separation. Resolve.

この方法によれば、セルロース結晶中にリグニン成分が含まれないため、糖化工程の収率が高くなる。通常、0.1%濃度以下の硫酸で処理後、140℃で固液分離後、同じく140℃の熱水で洗浄する。   According to this method, since the lignin component is not contained in the cellulose crystal, the yield of the saccharification step is increased. Usually, after treatment with sulfuric acid having a concentration of 0.1% or less, solid-liquid separation at 140 ° C. and washing with hot water at 140 ° C. are also performed.

3)蒸煮爆砕法
蒸煮爆砕法は、1木材のパルプ化のために考案されたもので、素材を耐圧容器中で高温・高圧(200℃以上)の水蒸気によって短時間蒸煮する蒸煮工程の後、急激に大気圧下に放出して、断熱膨張により急速に100℃以下に冷却する爆砕工程からなる。
3) Steaming explosion method The steaming explosion method was devised for the pulping of 1 wood. After the steaming process in which the raw material is steamed for a short time with steam of high temperature and high pressure (200 ° C or higher) in a pressure vessel, It consists of a blasting process in which it is suddenly released to atmospheric pressure and rapidly cooled to 100 ° C. or less by adiabatic expansion.

蒸煮工程では高圧条件により試料内に高温高圧水が浸透する効果と、その高温高圧水による各種水熱反応が期待される。爆砕工程では急激な減圧により、内部に浸透した水蒸気が膨張することによる破砕効果と、壁面への衝突による物理的な破砕効果が得られ、試料を微細化することができる。   In the steaming process, the effect of high-temperature high-pressure water penetrating into the sample under high-pressure conditions and various hydrothermal reactions with the high-temperature high-pressure water are expected. In the blasting process, by the rapid pressure reduction, a crushing effect due to expansion of water vapor that permeates inside and a physical crushing effect due to collision with the wall surface can be obtained, and the sample can be made finer.

特開2005−117942号公報JP 2005-117842 A 特開2005−229822号公報JP 2005-229822 A 特開2005−229821号公報JP 2005-229821 A 特開2000−185300号公報JP 2000-185300 A 特開2000−9410号公報JP 2000-9410 A

しかしながら、上記の方法は何れも高温・高圧を必要とし、また木質でも木材である場合には硫酸での可溶化が必要で、コスト的にも装置材料としても極めて高価なものとなっていた。   However, each of the above methods requires high temperature and high pressure, and in the case of wood or wood, solubilization with sulfuric acid is necessary, which is extremely expensive in terms of cost and equipment.

さらに硫酸を使用した場合には糖化・発酵工程のためpHを中和する必要があり、環境面や二次廃棄物の問題があった。   Further, when sulfuric acid is used, it is necessary to neutralize the pH because of the saccharification / fermentation process, which causes environmental problems and secondary waste problems.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、木質バイオマスに含まれるセルロース、ヘミセルロース、リグニンを効率的に分別すると共にセルロースのリグニンによる包埋構造を破壊できる木質バイオマスの可溶化方法を提供することにある。   Then, the objective of this invention solves the said subject, and provides the solubilization method of the woody biomass which can fractionate the cellulose, hemicellulose, and lignin contained in woody biomass efficiently, and can destroy the embedding structure by the cellulose lignin. There is.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、木質バイオマスを、重炭酸イオンを含む水溶液中に混合させ、一定時間浸漬させた後、この混合物を加熱して木質バイオマス中のヘミセルロースとリグニン成分を除き、セルロースを取り出すことを特徴とする木質バイオマスの可溶化方法である。   In order to achieve the above object, according to the invention of claim 1, wood biomass is mixed in an aqueous solution containing bicarbonate ions, soaked for a certain period of time, and then the mixture is heated to heat hemicellulose and lignin in the wood biomass. A method for solubilizing woody biomass, which is characterized by removing cellulose and removing cellulose.

請求項2の発明は、重炭酸イオンを含む水溶液の重炭酸イオン濃度が、100mg/L以上である請求項1記載の木質バイオマスの可溶化方法である。   Invention of Claim 2 is the solubilization method of the woody biomass of Claim 1 whose bicarbonate ion concentration of the aqueous solution containing bicarbonate ion is 100 mg / L or more.

請求項3の発明は、上記混合物の加熱温度が50℃以上で少なくとも1時間以上この温度を維持する請求項1又は2記載の木質バイオマスの可溶化方法である。   The invention according to claim 3 is the method for solubilizing woody biomass according to claim 1 or 2, wherein the heating temperature of the mixture is 50 ° C. or higher and the temperature is maintained for at least 1 hour.

本発明によれば、木質バイオマスを、重炭酸イオンを含む水溶液に浸漬させた後、加熱することで、木質バイオマスを可溶化できるという優れた効果を発揮するものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wood biomass is immersed in the aqueous solution containing a bicarbonate ion, Then, the outstanding effect that wood wood biomass can be solubilized by heating is exhibited.

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。   A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の木質バイオマスの可溶化方法の概略を示したものである。   FIG. 1 shows an outline of the method for solubilizing woody biomass of the present invention.

先ず木質バイオマス10として、針葉樹(松、杉、ひのき等のウッドチップ或いはおがくず(水分15.0%))100gを、重曹(NaHCO3 、濃度1,000mg/L)に一定時間(1〜24時間)浸漬11した後、50℃、24時間加熱処理12を行うことで、重炭酸イオンを含む水溶液中に、リグニン1.6g、C5糖(ヘミセルロース)8.2gが溶出した液体13と、セルロース33.8g、リグニン26.0g、C5糖(ヘミセルロース)15.1gの固体14とに分別される。 First, as woody biomass 10, 100 g of softwood (wood chips such as pine, cedar and hinoki or sawdust (moisture 15.0%)) is added to baking soda (NaHCO 3 , concentration 1,000 mg / L) for a certain time (1 to 24 hours). ) After immersion 11, heat treatment 12 is performed at 50 ° C. for 24 hours, whereby liquid 13 in which 1.6 g of lignin and 8.2 g of C5 sugar (hemicellulose) are eluted in an aqueous solution containing bicarbonate ions, and cellulose 33 It is fractionated into a solid 14 of .8 g, 26.0 g of lignin and 15.1 g of C5 sugar (hemicellulose).

その後、固体14をセルラーゼ(酵素)で処理することでセルロースからグルコース26.1gが得られる。得られたグルコースは、アルコール発酵に用いる。   Thereafter, the solid 14 is treated with cellulase (enzyme) to obtain 26.1 g of glucose from cellulose. The obtained glucose is used for alcoholic fermentation.

またセルロース分を抽出した固体14や液体12に残ったリグニンは、アリルエーテル結合の開列によって低分子化するため、有機溶媒や希アルカリに可溶となり、C5糖と容易に分別できる。   The lignin remaining in the solid 14 or the liquid 12 from which the cellulose content has been extracted is reduced in molecular weight by the opening of the allyl ether bond, so that it becomes soluble in organic solvents and dilute alkalis and can be easily separated from C5 sugars.

このように、本発明は、木質バイオマスに、重曹などの重炭酸イオンを含む水溶液中にバイオマスを混合させ、一定時間(1〜24時間)浸漬させた後、この混合物を加熱(50〜180℃)することでバイオマス中のヘミセルロースとリグニン成分を除き、セルロースを取り出せるようにしたものである。   As described above, the present invention mixes biomass in an aqueous solution containing bicarbonate ions such as baking soda and soaks the woody biomass for a certain period of time (1 to 24 hours), and then heats the mixture (50 to 180 ° C.). ) To remove the hemicellulose and lignin components in the biomass so that the cellulose can be taken out.

木質バイオマスと混合させる重炭酸イオン濃度が100mg/L以上で、好ましくは1,000mg/L以下とし、加熱温度が50〜180℃で少なくとも数分〜24時間、この温度を維持することで可溶化を行なうものである。   Solubilization is achieved by maintaining the temperature of bicarbonate ion mixed with woody biomass at 100 mg / L or more, preferably 1,000 mg / L or less, and at a heating temperature of 50 to 180 ° C. for at least several minutes to 24 hours. Is to do.

本発明の可溶化処理は、木質系資源に含まれる成分(セルロース、ヘミセルロース、リグニン)を効率的に分別するとともに、セルロースのリグニンによる包埋構造を破壊して、セルロースの酵素による糖化性を増大するための前処理である。   The solubilization treatment of the present invention efficiently separates components (cellulose, hemicellulose, lignin) contained in wood resources, destroys the embedded structure of cellulose lignin, and increases the saccharification properties of cellulose by enzymes. It is pre-processing to do.

すなわち、重炭酸イオン水溶液中での浸漬で、木質中構造へ重炭酸イオンが先ず進入する。その後の加熱処理は、50〜180℃の温水、水蒸気で木材チップを適当な時間処理して、ヘミセルロース、リグニンを化学的に分解し破壊する。   That is, by immersion in an aqueous bicarbonate ion solution, bicarbonate ions first enter the woody structure. In the subsequent heat treatment, wood chips are treated with warm water and steam at 50 to 180 ° C. for an appropriate time to chemically decompose and destroy hemicellulose and lignin.

木質バイオマスとして木材チップを処理すると、ヘミセルロース中のアセチル基が遊離し、ヘミセルロースは部分加水分解を受けて低分子化して水に可溶になる。   When wood chips are treated as woody biomass, acetyl groups in hemicellulose are liberated, and hemicellulose undergoes partial hydrolysis to become a low molecular weight and become soluble in water.

リグニンは、アリルエーテル結合の開裂によって低分子化し、かなりの部分が有機溶媒や希アルカリに可溶となる。リグニンの変質によりセルロースが露出して酵素の反応性が増大する。   Lignin is reduced in molecular weight by cleavage of the allyl ether bond, and a significant portion becomes soluble in organic solvents and dilute alkalis. Cellulose is exposed by the alteration of lignin, and the reactivity of the enzyme increases.

この処理によって低分子化したヘミセルロース、リグニンをそれぞれ分別し、その有効利用を図ると共に、セルロースは酵素での加水分解及び発酵によって微生物タンパクやアルコール等に変換することが出来、木材成分の総合利用プロセスが可能となる。   This process separates hemicellulose and lignin that have been reduced in molecular weight for effective use, and cellulose can be converted into microbial proteins, alcohols, etc. by enzymatic hydrolysis and fermentation. Is possible.

また本発明の処理で得られる繊維中のセルロースを、牛や山羊が摂取した場合、それらを消化することが可能なことから、この繊維を粗飼料として活用することもできる。   In addition, when the cow or goat ingests the cellulose in the fiber obtained by the treatment of the present invention, it can be digested, so that the fiber can be used as roughage.

この重炭酸イオン水溶液の濃度、浸漬時間、加熱温度、加熱時間は、
濃度条件:炭酸水素ナトリウム100〜10,000mg/L
浸漬条件:1〜24時間
温度条件:50〜180℃
加熱時間:15分〜24時間
とすることで、
糖回収率:20〜90%以上
とすることが可能となる。
The concentration, immersion time, heating temperature, and heating time of this bicarbonate ion aqueous solution are:
Concentration conditions: sodium bicarbonate 100 to 10,000 mg / L
Immersion conditions: 1 to 24 hours Temperature conditions: 50 to 180 ° C
Heating time: By making it from 15 minutes to 24 hours,
Sugar recovery rate: 20 to 90% or more can be achieved.

例えば、木材チップを炭酸水素ナトリウム濃度10,000mg/Lの重炭酸イオン水溶液中に1時間浸漬し、その後121℃、15分加熱処理することで、66.7%の糖回収率とすることができる。   For example, a 66.7% sugar recovery rate can be obtained by immersing wood chips in an aqueous bicarbonate ion solution having a sodium bicarbonate concentration of 10,000 mg / L for 1 hour, followed by heat treatment at 121 ° C for 15 minutes. it can.

次に得られたセルロースとヘミセルロースとリグニンの利用について説明する。   Next, utilization of the obtained cellulose, hemicellulose, and lignin will be described.

セルロースの糖化と発酵生産:
微生物や各種酵素を用いることにより、セルロースをブドウ糖に加水分解し、アルコール、有機酸あるいはタンパク質に変換することができる。
Saccharification and fermentation production of cellulose:
By using microorganisms and various enzymes, cellulose can be hydrolyzed into glucose and converted into alcohol, organic acid or protein.

例えば、エタノール発酵では以下の式にしたがい、炭素を6個持つ単糖類(C6糖)からエタノールとCO2 が生成する。 For example, in ethanol fermentation, ethanol and CO 2 are produced from a monosaccharide having 6 carbons (C6 sugar) according to the following formula.

6126 → 2C25OH + 2CO2
でんぷん系資源を用いたエタノール生産は既に実用化されている。現実には100%の変換は不可能であるが、工業的には90%の収率で変換される。
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
Ethanol production using starch-based resources has already been put into practical use. In reality, 100% conversion is impossible, but industrially, it is converted with a yield of 90%.

へミセルロースの利用:
本処理した木質バイオマスを水で抽出すると、キシランの加水分解物であるキシロオリゴ糖がおよそl5〜20%の収率で得られる。
Use of hemicellulose:
When the treated woody biomass is extracted with water, xylo-oligosaccharides, which are hydrolysates of xylan, are obtained in a yield of approximately 15 to 20%.

この水抽出液は、種々の不純物や着色物質を含むので、これらを吸着剤やイオン交換樹脂で除去して、キシロオリゴ糖を精製する。また、これを還元して、キシロオリゴ糖アルコールに変えると、耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性などが向上し、利用法が広がる。   Since this water extract contains various impurities and colored substances, these are removed with an adsorbent or an ion exchange resin to purify xylo-oligosaccharides. Moreover, when this is reduced and converted into xylo-oligosaccharide alcohol, heat resistance, acid resistance, alkali resistance, etc. are improved, and the usage is expanded.

キシロオリゴ糖は難消化性で、低カロリー食品である。また、老化防止の機能をもつ腸内細菌であるビフィズス菌を選択的に増殖させるという報告もある。菓子類、ジャム、飲料、佃煮、清酒などに使用することができる。   Xylooligosaccharides are resistant to digestion and are low calorie foods. There is also a report of selectively growing Bifidobacteria, which is an enteric bacterium having a function of preventing aging. It can be used for confectionery, jams, beverages, boiled rice cakes, sake, etc.

リグニンの利用:
水でキシロオリゴ糖を抽出した後、残渣繊維を希アルカリで抽出すると、およそl2〜20%の収率でリグニンが得られる。
Use of lignin:
After extracting the xylo-oligosaccharide with water and extracting the residual fiber with dilute alkali, lignin is obtained in a yield of approximately 12-20%.

このリグニンは燃料に転換可能であり、また、フェノリシスにより熱溶融物質に改質し、紡糸して、窒素気流中1000℃程度で炭素化すると、収率30〜50%で、汎用グレードの強度的性質をもつ炭素繊維が得られる。また、フェノリシスリグニンはホルムアルデヒドと反応させて、木材用接着剤とすることもできる。現在、市販のフェノール樹脂接着剤の性能に匹敵する接着剤が開発されている。   This lignin can be converted into a fuel, and when it is reformed into a hot-melt material by phenolysis, spun, and carbonized at about 1000 ° C. in a nitrogen stream, the yield is 30-50% and the strength of general-purpose grade Carbon fiber with properties can be obtained. Phenolytic lignin can also be reacted with formaldehyde to form a wood adhesive. Currently, adhesives that are comparable to the performance of commercially available phenolic resin adhesives are being developed.

以下実施例を説明する。   Examples will be described below.

図2は、木材チップ10gを重曹溶液100ml中に15時間浸漬後、50℃で24時間往復振とう処理したときに、液相に溶出する木材由来の有機物のCOD値を測定した結果を示したものである。   FIG. 2 shows the results of measuring COD values of wood-derived organic substances eluted in the liquid phase when 10 g of wood chips were immersed in 100 ml of sodium bicarbonate solution for 15 hours and then reciprocally shaken at 50 ° C. for 24 hours. Is.

図2より、重曹濃度100mg/L以上で溶出(COD;5,500mg/L)が起こり。10,000mg/Lで最大値(COD;19,000mg/L)となる。この場合、従来の木材処理技術(硫酸法)に比べてコストの優位性を考慮すると、100〜1,000mg/Lが、より好ましい。   From FIG. 2, elution (COD; 5,500 mg / L) occurred at a sodium bicarbonate concentration of 100 mg / L or more. The maximum value (COD; 19,000 mg / L) is reached at 10,000 mg / L. In this case, considering the superiority of the cost as compared with the conventional wood treatment technology (sulfuric acid method), 100 to 1,000 mg / L is more preferable.

図3は、図2の処理により、液相中に溶出するDNA濃度について、測定した結果を示したものである。   FIG. 3 shows the measurement results of the DNA concentration eluted in the liquid phase by the process of FIG.

重曹による溶出は、100mg/Lの濃度以上で確認される。この理由は、炭酸塩のガス化により木質組織構造への物理的作用及び重曹溶液のアルカリ化による脱リグニン反応の相乗効果によって、破壊された木質細胞からDNAが溶出してくるものと考えられる。   Elution with sodium bicarbonate is confirmed at a concentration of 100 mg / L or more. The reason for this is considered to be that DNA is eluted from the destroyed wood cells by the synergistic effect of the physical action on the wood structure by the gasification of carbonate and the alkalinification of the sodium bicarbonate solution by the delignification reaction.

図4は、木材チップ5.0gを重曹溶液50ml中(重曹濃度0、100、1000、10000、100000mg/L)に24時間浸漬後、121℃、15分処理したときと、50℃、24時間処理したときに、液相中に溶出する酸溶解性リグニン濃度(g/100g木材)を示したものである。   FIG. 4 shows that when 5.0 g of wood chips are immersed in 50 ml of a sodium bicarbonate solution (concentration of sodium bicarbonate 0, 100, 1000, 10000, 100000 mg / L) for 24 hours and then treated at 121 ° C. for 15 minutes, and at 50 ° C. for 24 hours. It shows the acid-soluble lignin concentration (g / 100 g wood) eluted in the liquid phase when processed.

図において、50℃、24時間処理(図で見て右側のグラフ)では、1,000mg/Lの重曹濃度で最大のリグニン溶出量(2.4g/100g木材)が得られ、121℃、15分処理(図で見て左側のグラフ)では、10,000mg/Lで最大値のリグニン溶出量(3.8g/100g木材)が得られた。   In the figure, in the treatment at 50 ° C. for 24 hours (the graph on the right side in the figure), the maximum lignin elution amount (2.4 g / 100 g wood) is obtained at a sodium bicarbonate concentration of 1,000 mg / L. In the fraction treatment (left graph in the figure), the maximum amount of lignin elution (3.8 g / 100 g wood) was obtained at 10,000 mg / L.

50℃、24時間処理では、10,000mg/Lで、リグニン溶出量が、1,000mg/Lの重曹濃度で処理したときより下がり、121℃、15分処理では、100,000mg/Lで、リグニン溶出量が、10,000mg/Lの重曹濃度で処理したときより下がる結果となった。このことは、重曹が一部溶解しない飽和溶液になっているために下回ったものと思われる。   In the treatment at 50 ° C. for 24 hours, the lignin elution amount is 10,000 mg / L, which is lower than that in the case of treatment with a sodium bicarbonate concentration of 1,000 mg / L, and in the treatment at 121 ° C. for 15 minutes, it is 100,000 mg / L. As a result, the lignin elution amount was lower than that when treated with a sodium bicarbonate concentration of 10,000 mg / L. This is considered to be lower because a saturated solution in which sodium bicarbonate is not partially dissolved is obtained.

本発明の可溶化処理の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the solubilization process of this invention. 本発明において、重曹濃度に対して、木質バイオマスから液相に溶出する有機物量の関係を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the relationship of the amount of organic substances eluting from a woody biomass to a liquid phase with respect to baking soda density | concentration. 本発明において、重曹濃度に対して、木質バイオマスのDNA溶出量の関係を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the relationship of the DNA elution amount of woody biomass with respect to baking soda density | concentration. 本発明において、重曹濃度と加熱処理時間におけるリグニン溶出量の関係を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the relationship between a sodium bicarbonate density | concentration and the lignin elution amount in heat processing time.

符号の説明Explanation of symbols

10 木質バイオマス
11 一定時間浸漬
12 加熱処理
13 液体
14 固体
10 Woody biomass 11 Immersion for a certain time 12 Heat treatment 13 Liquid 14 Solid

Claims (3)

木質バイオマスを、重炭酸イオンを含む水溶液中に混合させ、一定時間浸漬させた後、この混合物を加熱して木質バイオマス中のヘミセルロースとリグニン成分を除き、セルロースを取り出すことを特徴とする木質バイオマスの可溶化方法。   After mixing woody biomass in an aqueous solution containing bicarbonate ions and soaking for a certain period of time, this mixture is heated to remove hemicellulose and lignin components in the woody biomass, and the cellulose is taken out. Solubilization method. 重炭酸イオンを含む水溶液の重炭酸イオン濃度が、100mg/L以上である請求項1記載の木質バイオマスの可溶化方法。   The method for solubilizing woody biomass according to claim 1, wherein the concentration of bicarbonate ions in the aqueous solution containing bicarbonate ions is 100 mg / L or more. 上記混合物の加熱温度が50℃以上で少なくとも1時間以上この温度を維持する請求項1又は2記載の木質バイオマスの可溶化方法。
The method for solubilizing woody biomass according to claim 1 or 2, wherein the heating temperature of the mixture is maintained at 50 ° C or higher for at least 1 hour.
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