JP2009022239A - リグノセルロース系バイオマスから糖類を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明はリグノセルロース系バイオマスから糖類を製造する方法であって、リグノセルロース系バイオマス、弱酸(リン酸等)、および水を含む原料混合物を、窒素ガス雰囲気下、加温(373〜453K)および加圧(0.1〜5MPa)条件下で処理する弱酸水熱処理工程を含むことを特徴としている。本発明の方法には、弱酸水熱処理工程の後に未分解のセルロースを酵素糖化する酵素糖化処理工程がさらに含まれていてもよい。
【選択図】なし
Description
リグノセルロース系バイオマスから糖類を製造する方法であって、
リグノセルロース系バイオマス、弱酸、および水を含む原料混合物を、加温および加圧条件下で処理する弱酸水熱処理工程を含むことを特徴としている。
以下に本発明にかかる方法における原料混合物を説明する。「原料混合物」は上記のとおりリグノセルロース系バイオマス、弱酸、および水を含むものである。ここで「リグノセルロース系バイオマス」とは、主としてセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンから構成されるバイオマス(生物由来の有機資源)のことを意味する。リグノセルロース系バイオマスには、木質系バイオマス、木質系廃棄物、草本系バイオマス、草本系廃棄物などが含まれる。ここでリグノセルロース系バイオマスとしては例えば、木材、イナワラ、ムギワラ、バガス、竹、パルプ、コーンストーバー、もみがら、パーム椰子残渣、キャッサバ残渣、麻等が挙げられ、その他植物繊維質を有するバイオマスを指す。
次に本発明にかかる方法における「弱酸水熱処理工程」について説明する。本発明にかかる方法における「弱酸水熱処理工程」は、加温および加圧条件下で原料混合物を処理する工程である。弱酸水熱処理工程を実施するための具体的手段および装置については特に限定されるものではないが、図1に記載された加圧熱水処理装置100が利用され得る。以下に加圧熱水処理装置100を用いて本発明の一実施形態を説明する。
本発明にかかる方法は少なくとも、上記で説示した「弱酸水熱処理工程」が含まれていればよいが、その他の工程を含むものであってもよい。特に、弱酸水熱処理工程後に残されたセルロース(未分解のセルロース)を効率的にグルコースに変換するには、弱酸水熱処理工程の処理物に対して、通常行われているセルラーゼなどを用いた酵素糖化処理を行えばよい(酵素糖化処理工程)。酵素糖化処理工程は、リグノセルロース系バイオマスの酵素糖化を行う方法として知られているあらゆる方法が適用され得る。例えば、特許文献5に記載されている方法が適宜採用され得る。ここで特許文献5には「本発明方法における糖化処理工程は、上記の機械的粉砕処理の処理物に、加水分解酵素例えばセルラーゼを作用させることによって行われる。この反応は、通常のセルロースをグルコースに分解する方法において用いられている条件下で行うことができる。このセルラーゼの性質は、それを生産する微生物の種類によって若干異なるが、至適pH範囲は3.5〜5.5、至適温度範囲は45〜55℃であるので、pH3.3〜5.5の緩衝液に溶解した機械的粉砕処理物にセルラーゼを加え、45〜55℃に10〜30時間維持することによって糖化処理を行う。この糖化処理は、回分式で行ってもよいし、また固定化酵素を含むバイオリアクターを用いる連続式で行ってもよい。」と記載されている。本発明にかかる方法おいては、特許文献5における「機械的粉砕処理の処理物」を「弱酸水熱処理工程の処理物」と読み替えて酵素糖化処理工程を実施すればよい。
(方法)
内容量100mlのステンレス製オートクレーブ(日東高圧社製)に、バガス(粒径約0.2mm)3gおよび0.7質量%リン酸水溶液30gを投入した。オートクレーブを密閉後、窒素ガスによりオートクレーブ内の空気を置換し、初気圧30気圧(3MPa)にまで加圧した。ヒーターによりオートクレーブを140℃(413K)、160℃(433K)、180℃(453K)、または200℃(473K)にまで加温した。上記指定温度に到達後、その温度で1時間保持し、その後冷却し、オートクレーブを開けた。上記の操作を「リン酸水熱処理」という。
図2にリン酸水熱処理後の水溶液に含まれていた単糖量を示す。また酵素糖化処理後の水溶液に含まれていた単糖量を図3に示す。
(方法)
リン酸添加の効果を確認するため、内容量100mlのステンレス製オートクレーブ(日東高圧社製)に、バガス(粒径約0.2mm)3g、および水30gのみを投入した。その他の条件は、実施例1と同様にした。上記の操作を「水熱処理」という。
図4に水熱処理後の水溶液に含まれていた単糖量を示す。また酵素糖化処理後の水溶液に含まれていた単糖量を図5に示す。
(方法)
リン酸水熱処理または水熱処理の効果の確認するため、従来公知の還流処理を行った。100mlのフラスコにバガス(粒径約0.2mm)3g、および0.7質量%リン酸水溶液30gを投入した。その後、フラスコ内の水溶液に対して、1時間還流処理を行った。
その結果を表1に示す。
(方法)
何ら処理を行われないバガスの結果を確認するため、100mlのビーカーに、バガス(粒径約0.2mm)3gおよび水30gを投入し、室温で1時間放置した。
その結果を表1に示す。
2 撹拌翼
3 加熱手段
4 窒素ボンベ
5 圧力計
6 開閉弁
7 温度計
8 供給管
9 排気管
11 リグノセルロース系バイオマス
12 弱酸水溶液
100 加圧熱水処理装置
Claims (7)
- リグノセルロース系バイオマスから糖類を製造する方法であって、
リグノセルロース系バイオマス、弱酸、および水を含む原料混合物を、加温および加圧条件下で処理する弱酸水熱処理工程を含むことを特徴とする方法。 - 弱酸水熱処理工程の後に、酵素糖化処理工程を行うことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 上記弱酸水熱処理工程を、窒素または不活性ガス雰囲気下で行う、請求項1または2に記載の方法。
- 上記弱酸水熱処理工程開始時の原料混合物に含まれる弱酸水溶液中の弱酸濃度は、0.1〜3.0質量%の範囲内である、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 上記加温条件が、373〜453Kの範囲内である、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 上記加圧条件が、0.1〜5MPaの範囲内である、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- 上記弱酸がリン酸である、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
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