JP2008113630A - Method for producing glucose - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロース等を用いたグルコースの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing glucose using cellulose or the like.
近年、自然が作り出す最大のバイオマスであるセルロースの工業的利用が着目されている。その1つとして、セルロースからグルコースを効率よく製造する技術の完成が望まれている。 In recent years, industrial use of cellulose, which is the largest biomass produced by nature, has attracted attention. As one of them, the completion of a technique for efficiently producing glucose from cellulose is desired.
セルラーゼを用いることにより、セルロースからグルコースを得ることができることは知られている。しかしながら、セルロースの物質は固体であり、その糖化の効率が低いため、上記の技術は実用化されていない。そこで、優良セルラーゼ生産菌と遺伝子改良等の研究が行われている。 It is known that glucose can be obtained from cellulose by using cellulase. However, since the cellulose substance is solid and its saccharification efficiency is low, the above technique has not been put to practical use. Therefore, researches such as excellent cellulase-producing bacteria and gene improvement are being conducted.
また、セルロースを硫酸触媒下で解重合する実験が行われたり、高温及び/又は高圧の熱水(400℃以下)を用いて解重合する実験が行われたりしている。しかしながら、これらの方法では、グルコースの分子内の脱水によりレボグルコセノンが生じたり、開環によりフルフラール誘導体が生じたりしてしまう。 In addition, experiments for depolymerizing cellulose under a sulfuric acid catalyst are performed, and experiments for depolymerizing using high-temperature and / or high-pressure hot water (400 ° C. or lower) are performed. However, in these methods, levoglucosenone is generated by dehydration in the molecule of glucose, or a furfural derivative is generated by ring opening.
このように、これまでの技術では、セルロースからグルコースを効率よく製造することができない。 Thus, conventional techniques cannot efficiently produce glucose from cellulose.
本発明は、取得効率を向上させることができるグルコースの製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of glucose which can improve acquisition efficiency.
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has come up with various aspects of the invention described below.
本発明に係るグルコースの製造方法は、セルロースエステルを加水分解することにより、グルコースエステルを得る工程と、前記グルコースエステルのアシル基を水素と置換する工程と、を有することを特徴とする。なお、前記セルロースエステルを加水分解する前に、セルロースをアシル化することにより、セルロースエステルを得ておくことも可能である。 The method for producing glucose according to the present invention comprises a step of obtaining a glucose ester by hydrolyzing a cellulose ester, and a step of replacing the acyl group of the glucose ester with hydrogen. In addition, before hydrolyzing the said cellulose ester, it is also possible to obtain a cellulose ester by acylating a cellulose.
本発明によれば、安定して高い効率でグルコースを得ることができる。 According to the present invention, glucose can be obtained stably and with high efficiency.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るグルコースの製造方法を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a method for producing glucose according to an embodiment of the present invention.
本実施形態では、先ず、セルロースをアシル化することにより、セルロースエステルを得る。例えば、セルロースを無水酢酸等と反応させてアセチル化することにより、酢酸セルロースを得る。 In this embodiment, first, cellulose ester is obtained by acylating cellulose. For example, cellulose acetate is obtained by reacting cellulose with acetic anhydride or the like for acetylation.
次に、セルロースエステルの加水分解を、例えば0℃〜150℃の水又は有機溶媒中で行うことにより、グルコースエステルを得る。例えば、酢酸セルロースの加水分解を行うことにより、酢酸グルコースを得る。 Next, a glucose ester is obtained by performing hydrolysis of a cellulose ester in water or an organic solvent at 0 ° C. to 150 ° C., for example. For example, glucose acetate is obtained by hydrolysis of cellulose acetate.
次いで、グルコースエステルのアシル基を水素と置換することにより、グルコースを得る。例えば、酢酸グルコースのアシル基を水素と置換することにより、グルコースを得る。 Next, glucose is obtained by replacing the acyl group of the glucose ester with hydrogen. For example, glucose is obtained by replacing the acyl group of glucose acetate with hydrogen.
このような方法によれば、セルロースの官能基がアシル基により保護されるため、安定してグルコースを製造することができる。 According to such a method, since the functional group of cellulose is protected by the acyl group, glucose can be produced stably.
なお、セルロースとして、とうもろこし、米、麦等の農産物の残渣セルロースを用いてもよい。 In addition, you may use the residual cellulose of agricultural products, such as corn, rice, and wheat, as a cellulose.
また、加水分解の際には、硫酸若しくは塩酸等の無機酸、又はトリフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、酢酸若しくはパラトルエンスルホン酸(PTSA)等の有機酸を酸触媒として用いることが好ましい。 In the hydrolysis, an inorganic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid, or an organic acid such as trifluoromethanesulfonic acid, trifluoroacetic acid, acetic acid, or paratoluenesulfonic acid (PTSA) is preferably used as the acid catalyst.
また、有機溶媒としては、例えば、酢酸、低級アルコール、アセトニトリル、アセトン、N−メチルピロリドン等を用いることができる。 Moreover, as an organic solvent, an acetic acid, a lower alcohol, acetonitrile, acetone, N-methylpyrrolidone etc. can be used, for example.
また、セルロースを出発原料とせずに、酢酸セルロース等のセルロースエステルを出発原料としてもよい。 Further, cellulose ester such as cellulose acetate may be used as a starting material without using cellulose as a starting material.
また、アシル基の変化及び/又は置換度の変化によって、セルロースの解重合及びグルコース化の加水分解を制御することも可能である。 It is also possible to control cellulose depolymerization and glucosylation hydrolysis by changing the acyl group and / or the degree of substitution.
次に、本願発明者が実際に行った実験の内容及び結果について説明する。 Next, the contents and results of an experiment actually performed by the present inventor will be described.
(第1の実験)
先ず、第1の実験について説明する。図2は、第1の実験の内容を示す図である。この実験では、出発原料として酢酸セルロースを用いた。
(First experiment)
First, the first experiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing the contents of the first experiment. In this experiment, cellulose acetate was used as a starting material.
先ず、0.50gの酢酸セルロース、0.50gの濃硫酸、50mlの水からなる混合物を作成し、これを100℃で24時間、還流反応させた。次に、炭酸水素ナトリウムを用いた中和を行い、減圧濃縮した。その後、エタノールを用いて硫酸ナトリウムを取り除いた。この残渣のHNMR分析(Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)を行ったところ、グルコース(生成率:67%)及び酢酸ナトリウムの存在が確認された。更に、これらの一部をTLC分取(Thin Layer Chromatography Uptake)した。第1の実験におけるHNMR分析の結果を図3に示す。 First, a mixture composed of 0.50 g of cellulose acetate, 0.50 g of concentrated sulfuric acid and 50 ml of water was prepared, and this was refluxed at 100 ° C. for 24 hours. Next, it neutralized using sodium hydrogencarbonate and concentrated under reduced pressure. Thereafter, sodium sulfate was removed using ethanol. When the residue was subjected to HNMR analysis (Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy), the presence of glucose (production rate: 67%) and sodium acetate was confirmed. Furthermore, some of these were subjected to TLC fractionation (Thin Layer Chromatography Uptake). The results of HNMR analysis in the first experiment are shown in FIG.
なお、環流反応を室温で行った場合にもグルコースを得ることができたが、その量は、100℃で反応させた場合よりも少なかった。 Glucose could also be obtained when the reflux reaction was performed at room temperature, but the amount was less than when the reaction was performed at 100 ° C.
(第2の実験)
次に、第2の実験について説明する。第2の実験では、0.50gの酢酸セルロース、0.50gの濃硫酸、50mlの水からなる混合物を作成し、これを内部の温度が150℃の耐圧容器中で4時間、反応させた。その後、第1の実験と同様の処理を行った。第2の実験におけるHNMR分析の結果を図4に示す。第2の実験では、グルコース及びレブリン酸の存在が確認された。なお、セルロースの加水分解によってレブリン酸が得られることは知られている。
(Second experiment)
Next, the second experiment will be described. In the second experiment, a mixture composed of 0.50 g of cellulose acetate, 0.50 g of concentrated sulfuric acid and 50 ml of water was prepared, and this was reacted in a pressure vessel having an internal temperature of 150 ° C. for 4 hours. Thereafter, the same processing as in the first experiment was performed. The results of HNMR analysis in the second experiment are shown in FIG. In the second experiment, the presence of glucose and levulinic acid was confirmed. It is known that levulinic acid can be obtained by hydrolysis of cellulose.
(第3の実験)
次に、第3の実験について説明する。第3の実験では、第1の実験における触媒を濃硫酸からトリフルオロメタンスルホン酸(TFSA)及びパラトルエンスルホン酸(PTSA)に変更し、第1の実験と同様の処理を行った。この結果、第1の実験と同様に、グルコース及び酢酸ナトリウムの存在が確認された。なお、TFSAを用いた場合の方がPTSAを用いた場合よりも、解重合反応がよく進行した。
(Third experiment)
Next, a third experiment will be described. In the third experiment, the catalyst in the first experiment was changed from concentrated sulfuric acid to trifluoromethanesulfonic acid (TFSA) and paratoluenesulfonic acid (PTSA), and the same treatment as in the first experiment was performed. As a result, as in the first experiment, the presence of glucose and sodium acetate was confirmed. Note that the depolymerization reaction progressed better when TFSA was used than when PTSA was used.
Claims (3)
前記グルコースエステルのアシル基を水素と置換する工程と、
を有することを特徴とするグルコースの製造方法。 Obtaining a glucose ester by hydrolyzing the cellulose ester;
Substituting the acyl group of the glucose ester with hydrogen;
A method for producing glucose, comprising:
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