JP2009203454A - Method of producing cellulose decomposition product utilizing ionic liquid - Google Patents

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JP2009203454A JP2008218763A JP2008218763A JP2009203454A JP 2009203454 A JP2009203454 A JP 2009203454A JP 2008218763 A JP2008218763 A JP 2008218763A JP 2008218763 A JP2008218763 A JP 2008218763A JP 2009203454 A JP2009203454 A JP 2009203454A
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Nobuhiro Ishida
亘広 石田
Mamiko Narita
麻美子 成田
Haruo Takahashi
治雄 高橋
Tenho Kamiya
典穂 神谷
Kazunori Nakajima
一紀 中島
Misa Ueda
美紗 植田
Yuichi Matsushita
雄一 松下
Masahiro Goto
雅宏 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cellulose treatment method for efficiently decomposing by cellulase the cellulose solubilized with an ionic liquid. <P>SOLUTION: An ionic liquid in which the cellulose in a cellulose-containing material is solubilized is prepared, a predetermined amount of a poor solvent of the cellulose in the relation to the ionic liquid is added to the above ionic liquid containing the solubilized cellulose, and a cellulase acting environment is formed which contains the above ionic liquid and the above solvent and in which cellulase can offer enzyme activity. This makes it possible to impart, to the cellulose after the solubilization by the ionic liquid, an environment in which the cellulase can effectively act on the cellulose by a simple operation or in a less amount of use of the cellulase. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン液体を利用したセルロース含有材料の処理方法、分解物の生産方法及び酵素反応媒体等に関する。   The present invention relates to a method for treating a cellulose-containing material using an ionic liquid, a method for producing a decomposition product, an enzyme reaction medium, and the like.

有限である石油資源を代替するものとして、植物の光合成作用に由来するバイオマスへの期待が高まってきており、バイオマスをエネルギーや各種材料に利用するための各種の試みがなされている。バイオマスを、エネルギー源やその他の原料として有効利用するためには、バイオマスを動物や微生物が容易に利用可能な炭素源に糖化することが必要である。また、バイオマスを利用し、化成品やバイオ燃料に利用しようとする試みであるバイオリファイナリーの重要性が指摘され、実用化に向けた技術開発が進められている。実用化のために解決すべき課題としては、木質系又は草本系のバイオマスの主成分であるセルロース、特に結晶構造を構成している結晶性セルロースの効率的な分解方法の開発が挙げられる。   As an alternative to finite petroleum resources, there is an increasing expectation for biomass derived from the photosynthetic action of plants, and various attempts have been made to use biomass for energy and various materials. In order to effectively use biomass as an energy source and other raw materials, it is necessary to saccharify biomass into a carbon source that can be easily used by animals and microorganisms. In addition, the importance of biorefinery, which is an attempt to use biomass for chemical products and biofuels, has been pointed out, and technological development for practical application is underway. Problems to be solved for practical use include the development of an efficient decomposition method for cellulose, which is the main component of woody or herbaceous biomass, particularly crystalline cellulose constituting the crystal structure.

現状の糖化プロセスでは、バイオマスを高温・高圧処理や酸処理により前処理した後に、セルラーゼを作用させている。しかしながら、前処理に多大なエネルギーがかかるうえに大量のセルラーゼが必要となっているため、実用化において大きな課題となっている。   In the current saccharification process, biomass is pretreated by high temperature / high pressure treatment or acid treatment, and then cellulase is allowed to act. However, since a large amount of energy is required for pretreatment and a large amount of cellulase is required, it is a big problem in practical use.

近年、イオン液体がセルロースを可溶化することが報告されている。例えば、クロライド系のイオン液体に100℃程度の条件下でセルロースを可溶化させる性質が見出されている(特許文献1、非特許文献1)。また、非クロライド系イオン液体が、よりマイルドな条件でセルロースを可溶化できることもわかってきている(特許文献2、非特許文献2、3、4)。   In recent years, it has been reported that ionic liquids solubilize cellulose. For example, it has been found that cellulose is solubilized in a chloride-based ionic liquid at about 100 ° C. (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). It has also been found that non-chloride ionic liquids can solubilize cellulose under milder conditions (Patent Document 2, Non-Patent Documents 2, 3, and 4).

さらに、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼで糖化する試みもなされているが、イオン液体中ではセルラーゼが不活性化されるという報告がなされている(非特許文献2,4)。イオン液体でセルロースを可溶化するという前処理を施した後、可溶化後のセルロースを水などの貧溶媒で洗浄してイオン液体を取り除き、その後、水に投入することでセルラーゼで分解できることが報告されている(非特許文献5)。   Furthermore, attempts have been made to saccharify cellulose solubilized with ionic liquid with cellulase, but it has been reported that cellulase is inactivated in ionic liquid (Non-patent Documents 2 and 4). After pretreatment of solubilizing cellulose with an ionic liquid, it is reported that the solubilized cellulose can be washed with a poor solvent such as water to remove the ionic liquid, and then put into water to decompose with cellulase. (Non-Patent Document 5).

特表2005−506401号公報JP 2005-506401 A 特開2006−137677号公報JP 2006-137777 A R D. Rogerら、J. Am. Chem. Soc. 124(18),4974-4975, 2002R D. Roger et al., J. Am. Chem. Soc. 124 (18), 4974-4975, 2002 大野ら、Polym. Prep. Jpn., 55(1), 2090, 2006Ohno et al., Polym. Prep. Jpn., 55 (1), 2090, 2006 大野ら、Polym. Prep. Jpn., 56(1), 2198-2199, 2007Ohno et al., Polym. Prep. Jpn., 56 (1), 2198-2199, 2007 R D. Rogerら、Green Chem., 5, 443-447, 2003R D. Roger et al., Green Chem., 5, 443-447, 2003 C A. Schallら、Biotechnol. Bioeng., 95(5), 904-910,2006C A. Schall et al., Biotechnol. Bioeng., 95 (5), 904-910, 2006

しかしながら、非特許文献2、4では、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼで分解するために、セルラーゼをポリオエチレンオキシド(PEO)等で安定化することが有効である可能性が示唆されているものの、現時点で得られている安定化セルラーゼに十分なセルロース分解活性が得られているわけではない。また、非特許文献5に記載のように、イオン液体でセルロースを可溶化する場合、イオン液体をセルロースから除去するための丹念な洗浄操作を要するとともに、それでもなお相当程度大量のセルラーゼを必要とすることがわかった。また、セルロースの分解・糖化を、イオン液体によってセルロース可溶化したのとは別の反応場で行わなければならないということは、効率的なセルロースの分解・利用には不都合であった。   However, Non-Patent Documents 2 and 4 suggest that it may be effective to stabilize cellulase with polyethylene oxide (PEO) or the like in order to decompose cellulose solubilized with ionic liquid with cellulase. However, cellulolytic activity sufficient for the stabilized cellulase obtained at present is not obtained. In addition, as described in Non-Patent Document 5, when cellulose is solubilized with an ionic liquid, a careful washing operation for removing the ionic liquid from cellulose is required, and still a considerably large amount of cellulase is required. I understood it. In addition, the fact that cellulose must be decomposed and saccharified in a reaction field different from that obtained by solubilizing cellulose with an ionic liquid is inconvenient for efficient cellulose decomposition and utilization.

以上のように、現状において、セルロースをイオン液体で可溶化できるものの、セルラーゼによって効率的に分解することは依然として困難であった。さらに、イオン液体を用いてセルロースを効率的に分解するとともに一定以上の分解効率で安定して分解することも要請される。   As described above, at present, cellulose can be solubilized with an ionic liquid, but it has still been difficult to efficiently decompose it with cellulase. Further, it is required to efficiently decompose cellulose using an ionic liquid and to stably decompose cellulose at a certain decomposition efficiency.

本発明は、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼにより効率的に分解するためのセルロースの処理方法を提供することを一つの目的とする。より具体的には、イオン液体で可溶化後のセルロースに、同一の反応場で又はより少ないセルラーゼ使用量でセルラーゼが効果的にセルロースに作用できる環境を付与できるような処理方法を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼにより効率的に分解してセルロース分解産物を得ることができるセルロース分解産物の生産方法を提供することを他の一つの目的とする。さらに、本発明は、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼで分解、糖化するのに適したセルロース分解用媒体を提供することを他の一つの目的とする。また、本発明は難溶性の基質を可溶化し酵素の基質とするのに適した酵素反応媒体を提供することを他の一つの目的とする。   An object of the present invention is to provide a cellulose treatment method for efficiently decomposing cellulose solubilized with an ionic liquid with cellulase. More specifically, the present invention provides a treatment method capable of imparting an environment in which cellulase can effectively act on cellulose in the same reaction field or with a smaller amount of cellulase used, to cellulose solubilized with an ionic liquid. One purpose. Another object of the present invention is to provide a method for producing a cellulose degradation product capable of efficiently degrading cellulose solubilized with an ionic liquid with cellulase to obtain a cellulose degradation product. Another object of the present invention is to provide a cellulose-decomposing medium suitable for degrading and saccharifying cellulose solubilized with an ionic liquid with cellulase. Another object of the present invention is to provide an enzyme reaction medium suitable for solubilizing a poorly soluble substrate as an enzyme substrate.

本発明者らは、上記した課題を解決するために鋭意検討したところ、イオン液体で一旦可溶化した後、貧溶媒又は反溶媒を添加した状態で、セルラーゼを作用させることで、イオン液体の存在下であってもセルラーゼでセルロースを効果的に分解できるという知見を得た。さらに、本発明者らは、種々のイオン液体を用いてそのセルロースの分解活性について鋭意検討したところ、同種のイオン液体を用いて同様の操作を行ってもセルロースの分解効率に大きなバラツキがあることを見出すとともに、当該不具合を解消できるという知見を得た。本発明者らは、これらの知見に基づき、本発明を創出した。すなわち、本発明によれば、上記した課題の少なくとも一つを解決する以下の手段が提供される。   The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above-described problems, and once solubilized with an ionic liquid, the presence of the ionic liquid is obtained by allowing cellulase to act in a state where a poor solvent or an antisolvent is added. It was found that cellulose can be effectively decomposed by cellulase even under the above conditions. Furthermore, the present inventors diligently studied the decomposition activity of cellulose using various ionic liquids. As a result, even when the same operation was performed using the same type of ionic liquid, there was a large variation in the decomposition efficiency of cellulose. As well as the knowledge that the problem can be resolved. Based on these findings, the inventors have created the present invention. That is, according to the present invention, the following means for solving at least one of the above-described problems are provided.

本発明によれば、セルロース含有材料の処理方法であって、前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を所定量加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、を備える、処理方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for treating a cellulose-containing material, the step of preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized, and the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the ionic liquid, Adding a predetermined amount of a poor solvent in relation to the ionic liquid with respect to cellulose, and forming a cellulase working environment that includes the ionic liquid and the poor solvent so that the cellulase can exhibit enzyme activity. Provided.

前記処理方法において、前記セルラーゼ作用環境において、セルロースの少なくとも一部が析出されていてもよい。また、前記セルラーゼ作用環境形成工程において又は当該工程に先立って、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に前記貧溶媒を加えて、前記セルロースを析出させるものであってもよい。   In the treatment method, at least a part of cellulose may be precipitated in the cellulase working environment. Further, in the cellulase working environment forming step or prior to the step, the poor solvent may be added to the ionic liquid containing the solubilized cellulose to precipitate the cellulose.

本発明によれば、セルロース含有材料の処理方法であって、前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含みセルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、を備え、前記貧溶媒として、前記セルラーゼ作用環境のpHを制御することを含む、処理方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for treating a cellulose-containing material, the step of preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized, and the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the ionic liquid, Adding a poor solvent in relation to the ionic liquid with respect to cellulose, and forming a cellulase working environment that includes the ionic liquid and the poor solvent so that cellulase can exhibit enzyme activity, and as the poor solvent, A treatment method is provided that includes controlling the pH of the cellulase working environment.

前記方法において、前記イオン液体を前記貧溶媒と混合したとき、前記セルラーゼが作用するのに好ましい好適pHからのシフトを補正する調整能力又は好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いることが好ましい。また、前記イオン液体は、カルボン酸系のアニオン、ハロゲン系アニオン及びリン酸系アニオンから選択されるアニオンと、イミダゾリウム系カチオンと、を構成イオンとするイオン液体であることが好ましい。さらに、前記アニオンは、ハロゲン系アニオンであってもよい。   In the method, when the ionic liquid is mixed with the poor solvent, a poor solvent having an adjustment ability to correct a shift from a preferred pH preferable for the cellulase to act or an adjustment ability to suppress pH fluctuation with respect to the preferred pH. It is preferable to use it. In addition, the ionic liquid is preferably an ionic liquid containing a cation selected from a carboxylic acid anion, a halogen anion, and a phosphate anion, and an imidazolium cation. Furthermore, the anion may be a halogen-based anion.

本発明によれば、セルロース分解産物の生産方法であって、前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を所定量加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、前記セルラーゼを含む前記セルラーゼ作用環境下でセルロースを分解する工程と、を備える、生産方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for producing a cellulose degradation product, the step of preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized, and the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the ionic liquid, Adding a predetermined amount of a poor solvent in relation to the ionic liquid in relation to cellulose, forming a cellulase working environment that includes the ionic liquid and the poor solvent and in which cellulase can exhibit enzyme activity; and the cellulase containing the cellulase And a step of decomposing cellulose under an operating environment.

本発明のセルロース分解産物の生産方法によれば、イオン液体により可溶化されたセルロースをセルラーゼで分解し糖化するのに適した環境を形成することができ、これにより、セルロースをセルラーゼで効率的に分解し、糖化することができる。   According to the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, it is possible to form an environment suitable for degrading cellulose solubilized by an ionic liquid with cellulase and saccharifying it. It can be degraded and saccharified.

本発明のセルロース分解産物の生産方法においては、前記セルラーゼ作用環境は、セルロースの少なくとも一部が析出されているものであってもよく、この態様において、前記セルラーゼ作用環境形成工程において又は当該工程に先立って、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に前記貧溶媒を加えて、前記セルロースを析出させるものであってもよい。   In the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, the cellulase working environment may be one in which at least a part of cellulose is deposited, and in this aspect, in the cellulase working environment forming step or in the step. Prior to this, the poor solvent may be added to the ionic liquid containing the solubilized cellulose to precipitate the cellulose.

本発明のセルロース分解産物の生産方法においては、前記セルラーゼ作用環境は、前記イオン液体に対して体積比で前記貧溶媒を1.5倍以上含むことができる。また、前記溶媒は、水性媒体であってもよく、好ましくは、前記貧溶媒は、水又は緩衝液であり、さらに好ましくは緩衝液である。また、前記貧溶媒は、セルラーゼを含有するものであってもよい。   In the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, the cellulase working environment may contain the poor solvent 1.5 times or more in a volume ratio with respect to the ionic liquid. The solvent may be an aqueous medium. Preferably, the poor solvent is water or a buffer solution, and more preferably a buffer solution. Further, the poor solvent may contain cellulase.

本発明のセルロース分解産物の生産方法においては、前記イオン液体は非ハロゲン系であることが好ましい。また、前記イオン液体は、リン酸系アニオン又はカルボン酸系アニオンを含むものであることが好ましい。さらに、前記イオン液体は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンを含むものであることが好ましい。   In the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, the ionic liquid is preferably non-halogen. The ionic liquid preferably contains a phosphate anion or a carboxylic acid anion. Furthermore, the ionic liquid preferably contains 1-ethyl-3-methylimidazolium cation.

本発明のセルロース分解産物の生産方法においては、前記セルラーゼは、Trichoderma属又はAspergillus属由来のセルラーゼを含むものであることが好ましい。   In the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, the cellulase preferably contains a cellulase derived from the genus Trichoderma or Aspergillus.

さらに、本発明のセルロース分解産物の生産方法においては、セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、前記セルラーゼを含む前記セルラーゼ作用環境下で前記セルロースを分解する工程と、を備え、前記貧溶媒として、前記イオン液体を前記貧溶媒と混合したとき、前記セルラーゼが作用するのに好ましい好適pHからのシフトを補正する調整能力又は前記好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いる、生産方法が提供される。   Furthermore, in the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, the step of preparing an ionic liquid in which cellulose in a cellulose-containing material is solubilized, and the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the ionic liquid, the cellulose Adding a poor solvent in relation to an ionic liquid, including the ionic liquid and the poor solvent, forming a cellulase working environment in which cellulase can exhibit enzyme activity, and under the cellulase working environment containing the cellulase, A step of decomposing cellulose, and when the ionic liquid is mixed with the poor solvent as the poor solvent, the adjustment ability to correct a shift from a preferred pH preferred for the cellulase to act or the preferred pH A production method is provided that uses a poor solvent having an adjustment ability to suppress pH fluctuations.

この態様においては、前記イオン液体は、カルボン酸系のアニオン、ハロゲン系アニオン及びリン酸系アニオンから選択されるアニオンと、イミダゾリウム系カチオンと、を構成イオンとするイオン液体であってもよい。また、前記アニオンは、ハロゲン系アニオンであってもよい。   In this aspect, the ionic liquid may be an ionic liquid having an anion selected from a carboxylic acid anion, a halogen anion, and a phosphate anion and an imidazolium cation as constituent ions. The anion may be a halogen anion.

本発明によれば、セルロースの糖化方法であって、前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を所定量加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、を備える、糖化方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for saccharification of cellulose, the step of preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized, and the ionic liquid containing the solubilized cellulose in relation to the cellulose. A saccharification method comprising: adding a predetermined amount of a poor solvent in relation to the ionic liquid, and forming a cellulase working environment including the ionic liquid and the poor solvent and allowing cellulase to exhibit enzyme activity. The

本発明のセルロースの糖化方法において、前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、を備え、前記貧溶媒として、前記イオン液体を前記貧溶媒と混合したとき、前記セルラーゼが作用するのに好ましい好適pHからのシフトを補正する調整能力又は好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いる、糖化方法が提供される。   In the cellulose saccharification method of the present invention, a step of preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized, and the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the ionic liquid with respect to the cellulose A step of adding a poor solvent in the relationship to form a cellulase working environment in which cellulase can exhibit enzyme activity, including the ionic liquid and the poor solvent, wherein the ionic liquid is used as the poor solvent. When mixed with a saccharification method, a saccharification method using an antisolvent having an adjustment ability for correcting a shift from a preferred pH preferable for the cellulase to act or an adjustment ability for suppressing pH fluctuation with respect to the preferred pH is provided.

本発明によれば、セルロース分解用媒体であって、セルロースを可溶化可能なイオン液体と、
前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒であって、前記イオン液体の共存下、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成できる程度の量の溶媒と、を含む、分解用媒体が提供される。本発明の媒体においては、さらに、前記イオン液体により少なくとも一旦可溶化されたセルロースを含むこともできる。この態様において、前記セルロースの少なくとも一部は析出されていてもよい。さらに、本発明のセルロース分解用媒体は、セルラーゼを含んでいてもよい。
According to the present invention, an ionic liquid capable of solubilizing cellulose, which is a cellulose decomposition medium,
A decomposition medium comprising a poor solvent in relation to the ionic liquid with respect to the cellulose, and an amount of the solvent capable of forming a cellulase working environment in which the cellulase can exhibit enzyme activity in the presence of the ionic liquid. Provided. The medium of the present invention may further contain cellulose at least once solubilized with the ionic liquid. In this embodiment, at least a part of the cellulose may be precipitated. Furthermore, the cellulose decomposition medium of the present invention may contain cellulase.

本発明によれば、酵素反応媒体であって、基質を可溶化可能なイオン液体と、前記基質に関し前記イオン液体との関係において貧溶媒であって、前記イオン液体の共存下、前記酵素がその酵素活性を発揮できる酵素作用環境を形成できる程度の量の溶媒と、を含む、反応媒体が提供される。   According to the present invention, the enzyme reaction medium is an ionic liquid capable of solubilizing a substrate, and the substrate is a poor solvent in relation to the ionic liquid, and the enzyme is mixed with the ionic liquid in the presence of the ionic liquid. There is provided a reaction medium comprising an amount of a solvent capable of forming an enzyme working environment capable of exerting enzyme activity.

本発明は、セルロース含有材料の処理方法、セルロース分解産物の生産方法及びセルロース分解用組成物に関する。以下、適宜図面を参照しながら、本発明のこれらの実施形態について詳細に説明する。図1には、本発明のセルロースの処理方法の一例を示し、図2には、本発明のセルロース分解産物の生産方法の一例を示す。   The present invention relates to a method for treating a cellulose-containing material, a method for producing a cellulose degradation product, and a composition for cellulose degradation. Hereinafter, these embodiments of the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a method for treating cellulose according to the present invention, and FIG. 2 shows an example of a method for producing a cellulose degradation product according to the present invention.

(セルロース含有材料の処理方法)
図1に示すように、本発明のセルロース含有材料の処理方法は、セルロースを可溶化したイオン液体の準備工程と、セルラーゼ作用環境形成工程と、備えている。
(Method for treating cellulose-containing material)
As shown in FIG. 1, the processing method of the cellulose containing material of this invention is equipped with the preparation process of the ionic liquid which solubilized the cellulose, and the cellulase action environment formation process.

(セルロース含有材料)
本明細書において、セルロースとは、グルコースがβ-1,4-グルコシド結合により重合した重合体及びその誘導体をいう。セルロースにおけるグルコースの重合度は特に限定しないが、好ましくは200以上である。また、誘導体としては、カルボキシメチル化、アルデヒド化、若しくはエステル化などの誘導体が挙げられる。また、セルロースは、その部分分解物である、セロオリゴ糖、セロビオースを含んでいてもよい。さらに、セルロースは、配糖体であるβグルコシド、リグニン及び/又はヘミセルロースとの複合体であるリグノセルロース、さらにペクチンなどとの複合体であってもよい。セルロースは、結晶性セルロースであってもよいし、非結晶性セルロースであってもよいが、好ましくは結晶性セルロースを含む。さらに、セルロースは、天然由来のものでも、人為的に合成したものでもよい。セルロースの由来も特に限定しない。植物由来のものでも、真菌由来のものでも、細菌由来のものであってもよい。
(Cellulose-containing material)
In the present specification, cellulose refers to a polymer in which glucose is polymerized by β-1,4-glucoside bonds and derivatives thereof. The degree of polymerization of glucose in cellulose is not particularly limited, but is preferably 200 or more. In addition, examples of the derivative include derivatives such as carboxymethylation, aldehyde formation, or esterification. Cellulose may contain cellooligosaccharide and cellobiose, which are partially decomposed products thereof. Further, the cellulose may be a complex with β-glucoside, which is a glycoside, lignocellulose, which is a complex with lignin and / or hemicellulose, and pectin. The cellulose may be crystalline cellulose or non-crystalline cellulose, but preferably contains crystalline cellulose. Furthermore, the cellulose may be naturally derived or artificially synthesized. The origin of cellulose is not particularly limited. It may be derived from plants, fungi, or bacteria.

セルロース は、天然では植物細胞壁の主たる構成成分として存在し、多糖としては地球上で最も多く生産されている。植物細胞壁において、セルロースは、結晶性セルロース領域と非晶質セルロース領域とを形成している。結晶性セルロース領域は、分子間水素結合等により強固な結晶構造を形成しており、グルコースなどの単糖にまで人工的に分解するには非常に過酷な条件を必要とする。自然界では、セルロースは、糸状菌などの微生物により分解されているが、各種のセルラーゼによる相乗作用によりグルコースにまで分解されることが知られている。   Cellulose exists in nature as a major component of plant cell walls, and is the most produced polysaccharide on the earth. In the plant cell wall, the cellulose forms a crystalline cellulose region and an amorphous cellulose region. The crystalline cellulose region forms a strong crystal structure due to intermolecular hydrogen bonding or the like, and requires extremely harsh conditions to be artificially decomposed into monosaccharides such as glucose. In nature, cellulose is degraded by microorganisms such as filamentous fungi, but is known to be degraded to glucose by a synergistic action of various cellulases.

本明細書において、セルロース含有材料とは、上記したセルロースを含むものであればよい。セルロース含有材料は、綿や麻などの天然繊維品、レーヨン、キュプラ、アセテート、リヨセルなどの再生繊維品、稲ワラなどの各種ワラ、籾殻、バガス、木材チップなどの農産廃棄物、古紙、建築廃材などの各種廃棄物などを含むバイオマス(木質系及び草本系)が挙げられる。   In the present specification, the cellulose-containing material may be any material that contains cellulose as described above. Cellulose-containing materials include natural fiber products such as cotton and linen, recycled fiber products such as rayon, cupra, acetate, and lyocell, various straws such as rice straw, agricultural waste such as rice husks, bagasse and wood chips, waste paper, and building waste. Biomass (woody and herbaceous) containing various wastes such as

(セルロースを可溶化したイオン液体の準備工程)
セルロースを可溶化したイオン液体の準備工程は、セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程である。セルロースが可溶化されたイオン液体は、それ自体を入手してもよいし、セルロース含有材料のセルロースをイオン液体で可溶化することで取得してもよい。セルロースを可溶化するイオン液体としては、特に限定されないで、各種イオン液体を用いることができる。本発明によれば、カチオンもアニオンもハロゲンを含まない非ハロゲン系イオン液体でなく、ハロゲン系アニオン等を含むイオン液体であってもよい。また、イオン液体としては、水素結合受容性の高いアニオン種を有するイオン液体であることが好ましい。このようなイオン液体は、セルロースを可溶化しやすい傾向にあるからである。また、このようなイオン液体は、水や緩衝液などセルラーゼが作用する媒体と相溶するからである。
(Preparation process of ionic liquid solubilized cellulose)
The preparation step of the ionic liquid solubilized cellulose is a step of preparing an ionic liquid in which the cellulose in the cellulose-containing material is solubilized. The ionic liquid in which cellulose is solubilized may be obtained by itself, or may be obtained by solubilizing cellulose of a cellulose-containing material with an ionic liquid. The ionic liquid for solubilizing cellulose is not particularly limited, and various ionic liquids can be used. According to the present invention, neither a cation nor an anion is a non-halogen ionic liquid containing no halogen, but an ionic liquid containing a halogen anion or the like. In addition, the ionic liquid is preferably an ionic liquid having an anionic species with high hydrogen bond acceptability. This is because such an ionic liquid tends to solubilize cellulose. Moreover, such an ionic liquid is compatible with a medium in which cellulase acts, such as water or a buffer solution.

イオン液体を構成するカチオンとしては、特に限定されないが、ヘテロ環オニウムカチオン及びアンモニウムカチオンが挙げられる。ヘテロ環オニウムカチオンとしては、例えば、以下の「化1」で表されるイミダゾリウムカチオン、「化2」で表されるピリジニウムカチオン等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a cation which comprises an ionic liquid, A heterocyclic onium cation and an ammonium cation are mentioned. Examples of the heterocyclic onium cation include an imidazolium cation represented by the following “Chemical Formula 1”, a pyridinium cation represented by “Chemical Formula 2”, and the like.

(ただし、R1及びR2は、それぞれ独立してアルキル基を表す。)。 (However, R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group.)

「化1」及び「化2」において、R1及びR2におけるアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。より好ましくは炭素数1〜6、さらに好ましくは炭素数1〜4のアルキル基である。アルキル基は、直鎖状、分枝状及び環状のいずれであってもよいが、好ましくは直鎖状である。「化1」に示すイミダゾリウムカチオンのイミダゾール環及び「化2」に示すピリジニウムカチオンのピリジン環の炭素原子は、置換されていてもよい。「化1」におけるR1及びR2は、メチル基及びエチル基、メチル基及びブチル基、エチル基及びブチル基などとすることができる。 In “Chemical Formula 1” and “Chemical Formula 2”, examples of the alkyl group in R 1 and R 2 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a tert-butyl group. A pentyl group, an isopentyl group, a hexyl group, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. More preferably, it is a C1-C6, More preferably, it is a C1-C4 alkyl group. The alkyl group may be linear, branched or cyclic, but is preferably linear. Carbon atoms of the imidazole ring of the imidazolium cation represented by “Chemical Formula 1” and the pyridine ring of the pyridinium cation represented by “Chemical Formula 2” may be substituted. R 1 and R 2 in “Chemical Formula 1” may be a methyl group and an ethyl group, a methyl group and a butyl group, an ethyl group and a butyl group, and the like.

このようなイミダゾリウムカチオンの具体例としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ペンチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ヘプチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ノネチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−デカチル−3−メチルイミダゾリウムイオン等のジアルキルイミダゾリウムカチオン、1−(1,2または3−ヒドロキシプロピル)−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムイオン等のトリアルキルイミダゾリウムカチオンが挙げられる。なかでも、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムイオン等のジアルキルイミダゾリウムカチオンが好ましい。   Specific examples of such imidazolium cations include 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1-propyl-3-methylimidazolium ion, and 1-pentyl-3. -Methylimidazolium ion, 1-hexyl-3-methylimidazolium ion, 1-heptyl-3-methylimidazolium ion, 1-octyl-3-methylimidazolium ion, 1-nonethyl-3-methylimidazolium ion, Dialkylimidazolium cations such as 1-decyl-3-methylimidazolium ion, 1- (1,2 or 3-hydroxypropyl) -3-methylimidazolium ion, 1,2,3-trimethylimidazolium ion, 1, 2-Dimethyl-3-propylimidazolium ion Trialkylimidazolium cation such as 1-butyl-2,3-dimethyl imidazolium ion. Of these, dialkylimidazolium cations such as 1-ethyl-3-methylimidazolium cation, 1-butyl-3-methylimidazolium ion, and 1-propyl-3-methylimidazolium ion are preferable.

ピリジニウムカチオンとしては、N−プロピルピリジニウムイオン、N−ブチルピリジニウムイオン、1−ブチル−4−メチルピリジニウムイオン、1−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウムイオン等が挙げられる。   Examples of the pyridinium cation include N-propylpyridinium ion, N-butylpyridinium ion, 1-butyl-4-methylpyridinium ion, 1-butyl-2,4-dimethylpyridinium ion and the like.

アンモニウムカチオンとしては、例えば、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシリルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、ジエチルトリメチル(2−メトキシエチル)アンモニウムイオン等の脂肪族4級アンモニウムイオン、N−ブチル−N−メチルピロリジニウムイオン等の脂環式4級アンモニウムイオン等が挙げられる。   Examples of the ammonium cation include trimethylpropylammonium ion, trimethylhexylammonium ion, tetrapentylammonium ion, aliphatic quaternary ammonium ion such as diethyltrimethyl (2-methoxyethyl) ammonium ion, N-butyl-N-methylpyrrole, and the like. Examples include alicyclic quaternary ammonium ions such as dinium ions.

イオン液体を構成するアニオンとしては、特に限定されないが、例えば、HSO 、CHSO 等の無機アニオンを用いることもできる。また、カルボン酸系アニオンも好ましく、中でも、ギ酸アニオン、酢酸アニオン、プロピオン酸アニオン等の炭素数1〜4のカルボン酸系アニオンがより好ましい。さらに好ましくは酢酸アニオンである。 Examples of the anion constituting the ionic liquid is not particularly limited, for example, HSO 4 -, CH 3 SO 3 - can also be used inorganic anions such. Carboxylic acid anions are also preferable, and among them, C1-C4 carboxylic acid anions such as formic acid anions, acetic acid anions, and propionic acid anions are more preferable. More preferred is an acetate anion.

また、アニオンは、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン等の各種ハロゲンアニオンであってもよい。特に本発明によれば、ハロゲンアニオン系のイオン液体であっても、セルラーゼ作用環境のpHを緩衝能の高い貧溶媒等で調整することにより、酵素の失活等を抑制して安定して効率的にセルロースを分解できる。   In addition, the anion may be various halogen anions such as chlorine ion, bromine ion and iodine ion. In particular, according to the present invention, even in the case of a halogen anion ionic liquid, by adjusting the pH of the cellulase working environment with a poor solvent having a high buffering capacity, the inactivation of the enzyme can be suppressed and the efficiency can be stably increased. Cellulose can be decomposed.

また、セルロース可溶化条件の温和化やセルラーゼに対する影響等を考慮すると、リン酸系アニオン及びカルボン酸系アニオンが好ましい。より好ましくはリン酸アニオンである。リン酸系アニオンとしては、例えば、以下の「化3」で表されるリン酸アニオンが挙げられる。   In view of the mildness of cellulose solubilization conditions and the effect on cellulase, phosphate anions and carboxylic acid anions are preferred. More preferably, it is a phosphate anion. Examples of the phosphate anion include a phosphate anion represented by the following “Chemical Formula 3”.

(ただし、R4、R5はそれぞれ独立にアルキル基を表す。) (However, R 4 and R 5 each independently represents an alkyl group.)

「化3」のR4及びR5におけるアルキル基は、「化1」及び「化2」のR1、R2及びR3におけるアルキル基と同義である。「化3」におけるR4及びR5は、それぞれ独立に、好ましくは、メチル基又はエチル基である。このようなリン酸アニオンの具体例としては、(CH3O)2PO2 、(CH3O)CH3PO2 、(CH3O)C25OPO2 、(CH3O)HPO2 、(C25O)2PO2 、(C25O)CH3PO2 、(C25O)C25PO2 、(C25O)HPO2 が挙げられる。 The alkyl group in R 4 and R 5 of “Chemical Formula 3” has the same meaning as the alkyl group in R 1 , R 2 and R 3 of “Chemical Formula 1” and “Chemical Formula 2”. R 4 and R 5 in “Chemical Formula 3” are preferably each independently a methyl group or an ethyl group. Specific examples of such phosphate anions include (CH 3 O) 2 PO 2 , (CH 3 O) CH 3 PO 2 , (CH 3 O) C 2 H 5 OPO 2 and (CH 3 O ) HPO 2 , (C 2 H 5 O) 2 PO 2 , (C 2 H 5 O) CH 3 PO 2 , (C 2 H 5 O) C 2 H 5 PO 2 , (C 2 H 5 O) HPO 2 - and the like.

カルボン酸系アニオンも好ましく、中でも、ギ酸アニオン、酢酸アニオン、プロピオン酸アニオン等の炭素数1〜4のカルボン酸系アニオンがより好ましい。さらに好ましくは酢酸アニオンである。   Carboxylic acid anions are also preferable, and among them, C1-C4 carboxylic acid anions such as formic acid anion, acetic acid anion, and propionic acid anion are more preferable. More preferred is an acetate anion.

好ましいイオン液体としては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ジエチルリン酸又は1−エチル−3−メチルイミダゾリウム 酢酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジメチルリン酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ヘキサフルオロリン酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルリン酸テトラフルオロホウ酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム リン酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチル硫酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ジメチル硫酸、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチル硫酸等が挙げられる。   Preferred examples of the ionic liquid include 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate or 1-ethyl-3-methylimidazolium acetic acid, 1-ethyl-3-methylimidazolium dimethyl phosphate, 1-ethyl-3 -Methylimidazolium hexafluorophosphoric acid, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphoric acid tetrafluoroboric acid, 1-ethyl-3-methylimidazolium phosphoric acid, 1-ethyl-3-methylimidazolium methylsulfuric acid, Examples include 1-ethyl-3-methylimidazolium dimethyl sulfate and 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate.

また、好ましいイオン液体としては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム 塩素、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム 臭素、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヨウ素、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム 塩素、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム臭素、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム ヨウ素、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム塩素、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム 臭素、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムヨウ素等が挙げられる。   Preferred ionic liquids include, for example, 1-ethyl-3-methylimidazolium chlorine, 1-ethyl-3-methylimidazolium bromine, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodine, 1-butyl-3-methyl. Imidazolium chlorine, 1-butyl-3-methylimidazolium bromine, 1-butyl-3-methylimidazolium iodine, 1-octyl-3-methylimidazolium chlorine, 1-octyl-3-methylimidazolium bromine, 1- Examples include octyl-3-methylimidazolium iodine.

イオン液体は、商業的に入手できるものであるほかは、公知の方法で合成することができる。合成方法は特に限定されないで、カチオンを塩化物との塩として合成、精製し、その後、得ようとするイオン液体のアニオンの塩と反応させるなどするか、一旦水酸化物とした上でアニオンを含む酸で中和してもよい。   The ionic liquid can be synthesized by a known method except that it is commercially available. The synthesis method is not particularly limited, and the cation is synthesized and purified as a salt with chloride, and then reacted with the anion salt of the ionic liquid to be obtained, or once converted into a hydroxide, You may neutralize with the acid which contains.

イオン液体の純度は高いことが好ましい。イオン液体の合成工程の不純物は、イオン液体と貧溶媒とを混合して得られる媒体のpHに大きく影響し、結果として酵素の触媒活性に大きく影響するからである。本発明者らによれば、イミダゾリウム系カチオンを用いるイオン液体の場合、純度が低いほど水や緩衝液などの貧溶媒と混合したときのpHがアルカリにシフトしやすく、セルラーゼによるセルロース分解活性が低下する傾向があることがわかっている。   The purity of the ionic liquid is preferably high. This is because impurities in the process of synthesizing the ionic liquid greatly affect the pH of the medium obtained by mixing the ionic liquid and the poor solvent, and consequently greatly affect the catalytic activity of the enzyme. According to the present inventors, in the case of an ionic liquid using an imidazolium-based cation, the lower the purity, the easier the pH when mixed with a poor solvent such as water or a buffer solution is shifted to an alkali, and cellulolytic activity by cellulase is increased. It has been found that there is a tendency to decline.

したがって、純度が高いイオン液体を用いることが好ましいが、より具体的には、セルラーゼ作用環境を形成するのに適したイオン液体を選択するか、適度な強度でのpH調整をした上でイオン液体を用いるのが好ましい。イオン液体の選択あるいはセルラーゼ作用環境の形成にあたってのpH調整強度の選択には、イオン液体と水や所定の緩衝液などの所定の貧溶媒と所定の比率で混和したときのpHを指標とすることができる。例えば、10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)などのセルラーゼの至適pH近傍のpHの緩衝液(貧溶媒)と一定の比率、例えば、イオン液体:貧溶媒=1:1.5〜1:4程度の範囲で混和し、そのpHを測定し、セルラーゼの至適pH又はその近傍、例えば、pH6以下の場合、そのままそのイオン液体と貧溶媒でセルラーゼ作用環境を形成することができる。一方、かかる混和時のpHがセルラーゼの至適pH又はその近傍、例えば、pH6を超える場合、そのイオン液体を選択しないか、あるいはそのイオン液体をよりpH調整能力が大きい(又はより酸性側に調整能を有する)緩衝液を用いてセルラーゼ作用環境を形成するようにしてもよい。   Therefore, it is preferable to use an ionic liquid with high purity, but more specifically, an ionic liquid suitable for forming a cellulase working environment is selected, or pH is adjusted with an appropriate strength, and then the ionic liquid is selected. Is preferably used. When selecting an ionic liquid or selecting a pH adjustment strength for forming a cellulase working environment, the pH when mixed at a predetermined ratio with a predetermined poor solvent such as water or a predetermined buffer is used as an index. Can do. For example, a buffer (poor solvent) having a pH in the vicinity of the optimum pH of cellulase such as 10 mM citrate buffer (pH 5.0) and a certain ratio, for example, ionic liquid: poor solvent = 1: 1.5 to 1: Mixing in the range of about 4 and measuring the pH, cellulase working environment can be formed with the ionic liquid and a poor solvent as it is when the optimum pH of cellulase or its vicinity, for example, pH 6 or less. On the other hand, if the pH at the time of mixing exceeds the optimum pH of cellulase or in the vicinity thereof, for example, pH 6, the ionic liquid is not selected, or the ionic liquid has a higher pH adjustment ability (or is adjusted to be more acidic). A cellulase working environment may be formed using a buffer solution having a function.

イオン液体は1種類を用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。また、イオン液体は、その融点が100℃以下であることが好ましく、より好ましくは80℃以下である。さらに好ましくは40℃以下であり、最も好ましくは20℃以下である。また、セルロースを溶解する観点から、イオン液体は、その水分量が水分を数質量%以下であることが好ましく、より好ましくは3質量%以下であり、さらに好ましくは1質量%以下である。水分量は、カールフィッシャー法により測定できる。   One type of ionic liquid may be used, or two or more types may be used. Moreover, it is preferable that the melting | fusing point of an ionic liquid is 100 degrees C or less, More preferably, it is 80 degrees C or less. More preferably, it is 40 degrees C or less, Most preferably, it is 20 degrees C or less. Further, from the viewpoint of dissolving cellulose, the ionic liquid preferably has a water content of several mass% or less, more preferably 3 mass% or less, and even more preferably 1 mass% or less. The amount of water can be measured by the Karl Fischer method.

イオン液体でセルロースを可溶化する方法は、特に限定されない。イオン液体にセルロースを添加し必要に応じ攪拌することなどによって実現することができる。イオン液体をセルロースで溶解するとき、室温で行うこともでき、必ずしもイオン液体の加熱は必要ではない。ただし、必要に応じてイオン液体を加熱することができる。加熱温度は、特に限定されないが、あらかじめ取得したイオン液体の溶解温度程度となるように加熱すればよい。なお、セルロースがイオン液体に溶解したかどうかは、セルロースが分散され、にごっていたイオン液体が澄明になることにより容易に判断できる。イオン液体に可溶化させるセルロースの濃度も特に限定されない。通常、10質量%以下程度であり、典型的には5質量%以下程度である。   The method for solubilizing cellulose with an ionic liquid is not particularly limited. It can be realized by adding cellulose to the ionic liquid and stirring as necessary. When the ionic liquid is dissolved with cellulose, it can be performed at room temperature, and heating of the ionic liquid is not necessarily required. However, the ionic liquid can be heated as necessary. Although heating temperature is not specifically limited, What is necessary is just to heat so that it may become about the melting temperature of the ionic liquid acquired previously. Whether cellulose is dissolved in the ionic liquid can be easily determined by the fact that the cellulose is dispersed and the ionic liquid that is clogged becomes clear. The concentration of cellulose solubilized in the ionic liquid is not particularly limited. Usually, it is about 10% by mass or less, and typically about 5% by mass or less.

(セルラーゼ作用環境形成工程)
本工程は、可溶化されたセルロースを含むイオン液体に所定の溶媒を加えて、前記イオン液体と前記溶媒とを含みセルラーゼがその酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する。本工程によれば、可溶化されたセルロースを含むイオン液体に所定の溶媒を加えることで、セルラーゼでセルロースを分解、糖化できるセルラーゼ作用環境を形成できる。すなわち、析出させたセルロースを、水などで洗浄したり、別に準備した酵素反応用の媒体に移送したりしなくても、可溶化したその場でセルラーゼによる分解・糖化が可能となる。また、イオン液体がセルラーゼによる反応場に共存することで、セルロースはセルラーゼが攻撃しやすい形態を採っており、セルラーゼは効率的にセルロースを分解できる。
(Cellulase working environment formation process)
In this step, a predetermined solvent is added to the ionic liquid containing the solubilized cellulose to form a cellulase working environment containing the ionic liquid and the solvent and allowing the cellulase to exert its enzymatic activity. According to this step, a cellulase working environment in which cellulose can be decomposed and saccharified with cellulase can be formed by adding a predetermined solvent to the ionic liquid containing solubilized cellulose. That is, it is possible to decompose and saccharify with cellulase in the solubilized spot without washing the precipitated cellulose with water or the like, or transferring it to a separately prepared enzyme reaction medium. In addition, when the ionic liquid coexists in the reaction field of cellulase, cellulose takes a form that cellulase is likely to attack, and cellulase can efficiently decompose cellulose.

セルラーゼ作用環境とは、セルラーゼがセルロースに対してセルラーゼが有する酵素活性を発揮できる環境をいう。イオン液体と貧溶媒とが存在しているあらゆる環境下で、セルラーゼが作動する環境かどうかは、各種の配合比でセルロースを可溶化したイオン液体と貧溶媒とを組み合わせた上、これらの各混合液につき、セルラーゼによるセルロースの分解程度(セルラーゼ活性)を評価することで、いずれの液がセルラーゼが作動可能な環境であるかどうかを確認することができる。   The cellulase working environment refers to an environment in which cellulase can exhibit the enzyme activity of cellulase with respect to cellulose. In any environment where ionic liquid and poor solvent exist, cellulase can be operated in combination with ionic liquid solubilized cellulose and poor solvent at various blending ratios. By evaluating the degree of cellulose degradation (cellulase activity) by cellulase, it is possible to confirm which liquid is in an environment in which cellulase can operate.

セルラーゼ活性は、公知の方法で評価することができる。例えば、セルロースの分解によって生じる還元糖の量を測定することにより評価することができる。還元糖量の定量法としてはSomogyi法、Tauber-Kleiner法、Hanes法(滴定法)、Park-Johnson法、3,5-ジニトロサリチル酸(DNS)法、TZ法(Journal of Biochemical Methods, 11(1985)109-115)、フェノール−硫酸法(吸光度法)、レーン−エイノン(滴定法)などの多数の定量法が挙げられる。また、糖による銅イオンの還元を利用するSomogyi-Nelson法を用いることができる(福井作蔵 著「生物化学実験法1 還元糖の定量法 第2版」学会出版センター1990年)。また、ABEE化(ABEE:4−アミノ安息香酸エチルエステル)(Yasunoら、Biosci. Biotech. Biochem. 61, 1994-1946)した上、HPLC等により定量してもよい。   Cellulase activity can be evaluated by a known method. For example, it can be evaluated by measuring the amount of reducing sugar produced by the decomposition of cellulose. Methods for quantifying reducing sugars include the Somogyi method, the Tauber-Kleiner method, the Hanes method (titration method), the Park-Johnson method, the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method, and the TZ method (Journal of Biochemical Methods, 11 (1985). 109-115), phenol-sulfuric acid method (absorbance method), lane-einone (titration method) and many other quantitative methods. In addition, the Somogyi-Nelson method using the reduction of copper ions by sugar can be used (Sakuzo Fukui, “Biochemical Experimental Method 1 Quantitative Method for Reducing Sugar, Second Edition”, Society of Science Publishing Center 1990). Alternatively, ABEE (ABEE: 4-aminobenzoic acid ethyl ester) (Yasuno et al., Biosci. Biotech. Biochem. 61, 1994-1946) may be used for quantitative determination by HPLC or the like.

セルラーゼは、セルロースをグルコースにまで加水分解するのに作用する各種の酵素の総称である。セルラーゼとしては、狭義には、β1,4−エンドグルカナーゼ(EC3.2.1.4)、グルカン1,4−βグルコシダーゼ(EC3.2.1.74)、セルロース1,4−βセロビオシダーゼ(EC3.2.1.91)、βグルコシダーゼ(EC3.2.1.21)が挙げられる。また、セルラーゼは、天然由来であっても人工的に改変されたものであってもよい。天然由来のものとしては、特に限定しないが、Trichoderma属又はAspergillus属由来のセルラーゼなどを好ましく用いることができる。本発明においては、上記した狭義のセルラーゼを1種類又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。異種のセルラーゼでなく、同種であっても2種類以上組み合わせてもよい。また、由来の異なるセルラーゼを組み合わせて用いることもできる。   Cellulase is a general term for various enzymes that act to hydrolyze cellulose to glucose. As cellulases, β1,4-endoglucanase (EC 3.2.1.4), glucan 1,4-β glucosidase (EC 3.2.1.74), cellulose 1,4-β cellobiosidase (EC 3) are narrowly defined. 2.1.91), β-glucosidase (EC 3.2.1.21). The cellulase may be naturally derived or artificially modified. Although it does not specifically limit as a thing of natural origin, The cellulase derived from the genus Trichoderma or Aspergillus etc. can be used preferably. In the present invention, the above-mentioned narrowly defined cellulases can be used singly or in combination of two or more. Instead of different types of cellulases, they may be the same type or a combination of two or more types. In addition, cellulases having different origins can be used in combination.

可溶化されたセルロースを含むイオン液体に加えられる溶媒は、セルロースに関し用いたイオン液体との関係において貧溶媒となるものである。すなわち、用いたイオン液体と比較してセルロースの溶解しにくい溶媒である。このような溶媒は、イオン液体の性質から、通常、非イオン液体以外の溶媒であり、具体的には、水性媒体又は有機溶媒である。酵素活性等を考慮すると、好ましくは水性媒体を用いる。水性媒体とは、水、水溶液(緩衝液など)、これらと有機溶媒との混液を含む。酵素反応を考慮すると、溶媒は、好ましくは水又は緩衝液である。より好ましくは緩衝液である。緩衝液のpHは、用いる酵素、すなわち、セルラーゼの至適pH等を考慮して決定することができるが、詳細について後段にて説明する。なお、貧溶媒は1種類を用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   The solvent added to the ionic liquid containing the solubilized cellulose is a poor solvent in relation to the ionic liquid used for cellulose. That is, it is a solvent in which cellulose is less soluble than the ionic liquid used. Such a solvent is usually a solvent other than a non-ionic liquid due to the nature of the ionic liquid, and specifically, an aqueous medium or an organic solvent. In view of enzyme activity and the like, an aqueous medium is preferably used. The aqueous medium includes water, an aqueous solution (such as a buffer solution), and a mixture of these and an organic solvent. In view of the enzyme reaction, the solvent is preferably water or a buffer. A buffer solution is more preferable. The pH of the buffer solution can be determined in consideration of the optimum pH of the enzyme to be used, that is, cellulase, and the details will be described later. One kind of poor solvent may be used, or two or more kinds may be used in combination.

(セルラーゼ作用環境におけるpHの制御)
本発明においては、可溶化されたセルロースを含むイオン液体と貧溶媒とによりセルラーゼがセルロースに作用するセルラーゼ作用環境、すなわち、セルラーゼによるセルロースの分解用の媒体を形成する。この媒体の形成にあたり、当該媒体のpHの制御を行う。イオン液体は、それ自体塩であるが、イオン液体の合成時の不純物やイオン液体のアニオンとカチオンの種類及びその比率によっては、その酸・塩基性やイオン液体水溶液におけるpHが、同一イオン種からなるイオン液体であっても異なってしまう。このような相違が、水などの貧溶媒とイオン液体との混合媒体下でのセルラーゼの酵素活性にどの程度影響するのかは、本願出願時においては全く知られていなかった。本発明者らは、用いるイオン液体におけるこのような特性の相違が、イオン液体−貧溶媒媒体におけるセルラーゼ反応に極めて重要であることをはじめて見出して本発明を完成した。
(Control of pH in cellulase working environment)
In the present invention, an ionic liquid containing solubilized cellulose and a poor solvent form a cellulase working environment in which cellulase acts on cellulose, that is, a medium for decomposing cellulose by cellulase. In forming this medium, the pH of the medium is controlled. The ionic liquid itself is a salt, but depending on the impurities at the time of synthesis of the ionic liquid and the types and ratios of the anion and cation of the ionic liquid, the acid / basicity and pH in the ionic liquid aqueous solution may be different from the same ionic species. Even an ionic liquid becomes different. It has not been known at the time of filing this application how much such a difference affects the enzyme activity of cellulase in a mixed medium of a poor solvent such as water and an ionic liquid. The present inventors have found that such a difference in characteristics in the ionic liquid used is extremely important for the cellulase reaction in the ionic liquid-antisolvent medium, and have completed the present invention.

セルラーゼ作用環境のpHを制御するには、イオン液体と貧溶媒とを混合して得た溶液のpHに応じて、用いるセルラーゼがセルロースに作用するのに好ましいpH(好適pH、より好ましくは至適pH)に調整することが好ましい。このようなpH調製のためには、貧溶媒として、セルラーゼが作用するのに好ましい好適pH(典型的には至適pH)からのシフトを補正する調製能力又は好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いることが好ましい。   In order to control the pH of the cellulase working environment, depending on the pH of the solution obtained by mixing the ionic liquid and the poor solvent, a preferred pH (preferable pH, more preferably optimum) for the cellulase used to act on cellulose. pH) is preferably adjusted. For such pH adjustment, adjustment ability to correct the shift from the preferred pH (typically optimum pH) preferred for cellulase to act as a poor solvent, or adjustment to suppress pH fluctuation relative to the preferred pH It is preferable to use a poor solvent having ability.

このような貧溶媒としては以下のものが挙げられる。例えば、イオン液体と貧溶媒とを混合して得られる混合液のpHが至適pHよりもアルカリ側であるようなイオン液体であった場合、混合したときより好ましいpH(より酸性側のpH)の反応媒体が得られるような調整能力のある貧溶媒を用いることができる。かかる貧溶媒は、例えば、セルラーゼの至適pHよりも酸性の水溶液、前記至適pHよりもより酸性側pHへの調整能力及び/又は緩衝作用のある酸と塩の濃度を高めることによって、より酸性側pHへの調整能力を有する緩衝液を貧溶媒として用いることができる。   Examples of such a poor solvent include the following. For example, when the pH of a mixed solution obtained by mixing an ionic liquid and a poor solvent is an ionic liquid that is on the alkali side of the optimum pH, a more preferable pH (more acidic side pH) when mixed It is possible to use a poor solvent capable of adjusting such that the reaction medium is obtained. Such an anti-solvent can be obtained by, for example, increasing the concentration of acid solution and salt with an aqueous solution that is more acidic than the optimum pH of cellulase, the ability to adjust to the acidic pH more than the optimum pH, and / or the buffering effect. A buffer solution having an ability to adjust to the acidic pH can be used as a poor solvent.

逆に、イオン液体と貧溶媒とを混合して得られる混合液のpHが至適pHよりも酸性側であるようなイオン液体であった場合、例えば、セルラーゼの至適pHよりもアルカリ性の水溶液、前記至適pHよりもよりアルカリ側pHへの調整能力及び/又は緩衝作用のある酸と塩の濃度を高めることによって、よりアルカリ側pHへの調整能力を有する緩衝液を貧溶媒として用いることができる。   Conversely, when the ionic liquid is such that the pH of the mixture obtained by mixing the ionic liquid and the poor solvent is more acidic than the optimum pH, for example, an aqueous solution that is more alkaline than the optimum pH of cellulase. The buffer solution having the ability to adjust to the alkaline side pH is used as a poor solvent by increasing the concentration of the acid and salt having a buffering action and / or the ability to adjust to the alkaline side pH from the optimum pH. Can do.

酵素反応の安定性や操作の簡便性を考慮すると、貧溶媒として緩衝液を用いることが好ましい。緩衝液は、用いるセルラーゼの至適pHを含む酵素活性に適したpH範囲に一致する範囲に緩衝能を有するものを用いることが好ましい。一般的なセルラーゼの典型的な好適pHは4〜6程度であるため、例えば、クエン酸緩衝液(クエン酸及びクエン酸ナトリウム)、酢酸緩衝液(酢酸−酢酸ナトリウム)、クエン酸−リン酸緩衝液(クエン酸−リン酸二水素ナトリウム)等が挙げられる。こうした緩衝液の濃度やpHを適宜調製して、セルラーゼ作用環境のpHを4以上6以下、より確実には、4.0以上6.0以下となるように設定することが好ましい。   In consideration of the stability of the enzyme reaction and the ease of operation, it is preferable to use a buffer as a poor solvent. It is preferable to use a buffer solution having a buffer capacity in a range corresponding to the pH range suitable for the enzyme activity including the optimum pH of the cellulase to be used. Since typical preferred pH of general cellulase is about 4 to 6, for example, citrate buffer (citric acid and sodium citrate), acetate buffer (acetic acid-sodium acetate), citrate-phosphate buffer Liquid (citric acid-sodium dihydrogen phosphate) and the like. It is preferable to appropriately adjust the concentration and pH of such a buffer so that the pH of the cellulase working environment is 4 or more and 6 or less, and more reliably 4.0 or more and 6.0 or less.

イオン液体の特性の変動によるセルラーゼ作用環境の変動を抑制するには、より酸性側pHに調整することにより、セルラーゼの好適pH、好ましくは至適pH近傍にセルラーゼ作用環境を形成することが有効である。本発明者らによれば、イオン液体は、水等の貧溶媒に溶解したとき、当該溶解液は、アルカリ性を呈する傾向が高いからである。このようなpH調整には、上記したように、より酸性側pHへの緩衝能が大きい緩衝液を貧溶媒として用いることが好ましい。   In order to suppress fluctuations in the cellulase working environment due to fluctuations in the characteristics of the ionic liquid, it is effective to form a cellulase working environment at a suitable pH of the cellulase, preferably near the optimum pH, by adjusting to a more acidic pH. is there. According to the present inventors, when the ionic liquid is dissolved in a poor solvent such as water, the dissolved liquid has a high tendency to exhibit alkalinity. For such pH adjustment, as described above, it is preferable to use, as a poor solvent, a buffer solution having a larger buffering capacity to acidic pH.

好ましい緩衝液としては、通常の試薬(酸及び共役塩基)濃度よりも、10倍以上100倍以下程度の濃度の緩衝液、例えば、用いるセルラーゼの至適pHが5.0であってpH5.0の緩衝液を用いる場合、100mM以上1M以下程度の濃度の緩衝液、より好ましくは、200mM以上600mM以下程度の濃度の緩衝液を用いることができる。また、例えば、用いるセルラーゼの至適pHが5.0であって、10mMの濃度の緩衝液を用いる場合には、至適pHよりも低いpH、例えば、pH4.0の緩衝液を用いることができる。   As a preferable buffer solution, a buffer solution having a concentration of about 10 to 100 times the normal reagent (acid and conjugate base) concentration, for example, the optimum pH of cellulase to be used is 5.0 and pH 5.0. When the above buffer solution is used, a buffer solution having a concentration of about 100 mM to 1 M, more preferably, a buffer solution having a concentration of about 200 mM to 600 mM can be used. Further, for example, when the optimum pH of the cellulase to be used is 5.0 and a buffer solution having a concentration of 10 mM is used, a buffer solution having a pH lower than the optimum pH, for example, pH 4.0 may be used. it can.

セルラーゼ作用環境のpHを制御するには、用いるイオン液体の特性を制御することによってもよい。例えば、一定濃度でイオン液体を水に溶解したときのpHを測定して、当該pHが一定範囲のものを用いることとしてもよい。かかるpHを規定するには、各種pHのイオン液体水溶液を構成するそれぞれのイオン液体を用いて、セルラーゼ作用環境を形成し、これらのpHやセルラーゼの酵素活性等を測定することで、好ましく用いうるイオン液体の特性(イオン液体水溶液のpH)の範囲を決定することができる。   The pH of the cellulase working environment may be controlled by controlling the characteristics of the ionic liquid used. For example, the pH when the ionic liquid is dissolved in water at a constant concentration may be measured, and the pH may be within a certain range. In order to regulate such pH, it can be preferably used by forming a cellulase working environment using each ionic liquid constituting an ionic liquid aqueous solution of various pHs, and measuring the pH, the enzyme activity of cellulase, and the like. The range of the ionic liquid properties (pH of the ionic liquid aqueous solution) can be determined.

セルラーゼ作用環境のpH制御は、すでに記載した各種のアニオン及び各種のカチオンを組み合わせたイオン液体に有用である。すなわち、カルボン酸系のアニオン、ハロゲン系アニオン及びリン酸系アニオンから選択される各種アニオンを構成アニオンとするイオン液体に有用であるが、特に、ハロゲン系アニオンを構成アニオンとするイオン液体に好ましく用いることができる。従来、この種のイオン液体は、セルロースの溶解性も良好であるからである。なお、ハロゲン系アニオンを構成アニオンとするイオン液体は、その構成アニオンに起因してセルラーゼの酵素活性が阻害されていると考えられており、当該イオン液体の存在下にセルラーゼの酵素反応が進行することは当業者といえども予測できなかったといえる。   The pH control of the cellulase working environment is useful for ionic liquids that combine various anions and cations already described. That is, it is useful for ionic liquids having various anions selected from carboxylic acid anions, halogen anions and phosphate anions as constituent anions, but is particularly preferably used for ionic liquids having halogen anions as constituent anions. be able to. This is because conventionally this type of ionic liquid has good solubility of cellulose. In addition, it is thought that the enzyme activity of a cellulase is inhibited in the ionic liquid which uses a halogen-type anion as a constituent anion, and the enzyme reaction of a cellulase advances in the presence of the said ionic liquid. It can be said that even those skilled in the art could not have predicted.

セルラーゼ作用環境のpH制御を考慮するとき、アルキルイミダゾリウムなどのイミダゾリウム系カチオンを構成カチオンとするイオン液体に有用である。この種のイオン液体は、汎用されているとともにセルロースの溶解性も良好であるからである。あらに、この種のイオン液体は、不純物としてと、イミダゾール誘導体を含有していると考えられ、水等の貧溶媒と混合したとき、アルカリ性を呈する傾向が強いからである。   When considering the pH control of the cellulase working environment, it is useful for ionic liquids having an imidazolium cation such as alkylimidazolium as a cation. This is because this type of ionic liquid is widely used and has good solubility in cellulose. This is because this kind of ionic liquid is considered to contain an imidazole derivative as an impurity, and has a strong tendency to exhibit alkalinity when mixed with a poor solvent such as water.

なお、貧溶媒は、セルラーゼがその酵素活性を発揮可能な程度にイオン液体に供給されればよい。すなわち、イオン液体に添加される貧溶媒の量は、得られるセルラーゼ作用環境を形成可能な量であればよい。このような貧溶媒の量は、主としてイオン液体の種類やイオン液体の酵素反応を阻害する可能性のある特性の程度、セルラーゼの種類及び貧溶媒の種類(塩の種類、緩衝能の強さ等)によって決まってくる。当業者であれば、本明細書の開示に基づき、適当な溶媒量を決定することができる。例えば、セルロースをイオン液体に可溶化した後、この可溶化セルロースを含むイオン液体に異なる配合比で用いようとする貧溶媒を添加し、これらの各混合液につき、セルラーゼによるセルロースの分解程度を評価することで、適切な配合比、すなわち、添加すべき溶媒の所定量を取得することができる。   In addition, the poor solvent should just be supplied to an ionic liquid to such an extent that a cellulase can exhibit the enzyme activity. That is, the amount of the poor solvent added to the ionic liquid may be an amount that can form the obtained cellulase working environment. The amount of such an anti-solvent is mainly determined by the type of ionic liquid, the degree of characteristics that may inhibit the enzyme reaction of the ionic liquid, the type of cellulase and the type of anti-solvent (type of salt, strength of buffer capacity, etc. ). One of ordinary skill in the art can determine the appropriate amount of solvent based on the disclosure herein. For example, after solubilizing cellulose in an ionic liquid, a poor solvent to be used at a different mixing ratio is added to the ionic liquid containing the solubilized cellulose, and the degree of cellulose degradation by cellulase is evaluated for each of these mixed liquids By doing so, an appropriate blending ratio, that is, a predetermined amount of the solvent to be added can be obtained.

場合により異なるが、おおよそ、イオン液体に対して、体積比で同量以上、好ましくは、1.5倍以上の貧溶媒(好ましくは水性媒体、より好ましくは水又は緩衝液)を用いることが好ましい。1.5倍未満であると、イオン液体でセルロースを可溶化することの効果を得られにくいからである。より好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上、一層好ましくは4倍以上である。一方、プロセスの効率化やセルロースの溶解量の観点から、好ましくは10倍以下である。   Although it varies depending on the case, it is preferable to use a poor solvent (preferably an aqueous medium, more preferably water or a buffer solution) of approximately the same amount or more, preferably 1.5 times or more, by volume ratio with respect to the ionic liquid. . This is because if it is less than 1.5 times, it is difficult to obtain the effect of solubilizing cellulose with an ionic liquid. More preferably, it is 2 times or more, more preferably 3 times or more, and still more preferably 4 times or more. On the other hand, it is preferably 10 times or less from the viewpoint of process efficiency and cellulose dissolution.

セルラーゼ作用環境では、セルロースは溶解している必要はなく、セルロースの少なくとも一部が析出されていてもよい。セルラーゼ作用環境は、セルロースを可溶化したイオン液体に貧溶媒をセルラーゼが作動可能な程度に加えるものであり、この媒体においてはセルロースの溶解性は低下しているからである。一方、イオン液体が並存するため、セルロースは析出したとしても、イオン液体で可溶化されたときに得られている、結晶構造が緩和された状態をある程度、あるいいは部分的に保持することができる(非特許文献1参照)。したがって、セルラーゼ作用環境では、セルロースの一部又は全部が析出されていてもよい。   In the cellulase working environment, the cellulose need not be dissolved, and at least a part of the cellulose may be precipitated. This is because the cellulase working environment is such that a poor solvent is added to the ionic liquid solubilized with cellulose to such an extent that the cellulase can operate, and the solubility of cellulose is lowered in this medium. On the other hand, since the ionic liquid coexists, even if the cellulose is precipitated, the crystal structure obtained when it is solubilized with the ionic liquid can be retained to some extent or partially. Yes (see Non-Patent Document 1). Therefore, in the cellulase working environment, part or all of cellulose may be precipitated.

セルラーゼ作用環境においてセルロースの少なくとも一部を析出した状態とする場合、貧溶媒を加えてセルラーゼ作用環境を形成するのと同時にセルロースが析出されてもよい。また、セルラーゼ作用環境を形成するのに先立って、可溶化されたセルロースを含むイオン液体に貧溶媒を加えてセルロースを析出させてもよい。すなわち、一旦大量の貧溶媒を加えるなどして、セルラーゼを析出し、その後、所望のセルラーゼ作用環境となるように、イオン液体及び/又は貧溶媒を加えてもよい。後で加える貧溶媒及びイオン液体は、当初のものと異なっていてもよいし同じであってもよい。セルラーゼの作用環境及びその形成方法やセルロースの析出及びその方法は、上記に限らず、適宜変更して実施することができる。   When at least a part of cellulose is deposited in the cellulase working environment, the cellulose may be deposited at the same time as the poor solvent is added to form the cellulase working environment. Prior to forming the cellulase working environment, a poor solvent may be added to the ionic liquid containing solubilized cellulose to precipitate the cellulose. That is, a large amount of a poor solvent may be added once to precipitate cellulase, and then an ionic liquid and / or a poor solvent may be added so that a desired cellulase working environment is obtained. The poor solvent and the ionic liquid to be added later may be different from or the same as the original one. The cellulase working environment and its formation method and cellulose precipitation and its method are not limited to those described above, and can be implemented with appropriate modifications.

セルラーゼ作用環境においては、図1に示すように、セルラーゼが酵素活性を発揮できるものであればよく、必ずしもセルラーゼを含んでいなくともよい。セルラーゼ作用環境形成工程は、セルラーゼでセルロースを分解することまでを必須とするものではない。したがって、別の工程でセルラーゼをセルラーゼ作用環境に供給することとし、セルラーゼ作用環境形成工程は、そのセルラーゼによるセルロースの分解の準備工程とすることができる。なお、後述するセルロース分解物の生産方法を実施するにあたっては、セルラーゼ作用環境形成工程において、セルラーゼを含む貧溶媒をイオン液体に加えるなどしてセルラーゼ作用環境を形成すると同時にセルラーゼを供給することもできる。   In the cellulase working environment, as shown in FIG. 1, any cellulase may be used as long as the cellulase can exhibit the enzyme activity, and the cellulase may not necessarily be included. The cellulase working environment formation step does not necessarily require cellulose to be decomposed with cellulase. Therefore, cellulase is supplied to the cellulase working environment in a separate step, and the cellulase working environment formation step can be a preparation step for cellulose degradation by the cellulase. In carrying out the method for producing a cellulose degradation product, which will be described later, in the cellulase working environment formation step, cellulase can be supplied simultaneously with forming the cellulase working environment by adding a poor solvent containing cellulase to the ionic liquid. .

以上説明した、本発明のセルロースの処理方法によれば、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼによって分解するための好ましいセルラーゼ作用環境を容易に得ることができる。すなわち、イオン液体で可溶化されたセルロースの有する構造緩和メリットをそのまま維持してセルラーゼによって分解することができる。また、セルラーゼ作用環境を、セルロースをイオン液体で可溶化した系において容易に形成することができる。したがって、従前のように、一旦可溶化したセルロースをイオン液体から析出させた後分離して、別途セルラーゼ反応系に供給するという煩雑な操作を回避でき、しかもイオン液体で可溶化したセルロースの構造緩和メリットを十分に活用できないという不都合も回避できる。さらに、本発明のセルロースの処理方法によれば、従来(非特許文献1)に比べて、使用するセルラーゼの量を低減することができる。以上のことから、本発明によれば、イオン液体を利用して効率的にセルロースを分解できる実用的なセルロースの利用方法を提供することができる。   According to the cellulose treatment method of the present invention described above, a preferable cellulase working environment for decomposing cellulose solubilized with an ionic liquid with cellulase can be easily obtained. That is, it can be decomposed by cellulase while maintaining the structural relaxation merit of cellulose solubilized with ionic liquid. In addition, the cellulase working environment can be easily formed in a system in which cellulose is solubilized with an ionic liquid. Therefore, as before, it is possible to avoid the troublesome operation of precipitating cellulose once solubilized from the ionic liquid, separating it and supplying it separately to the cellulase reaction system, and relaxing the structure of the cellulose solubilized with the ionic liquid. The inconvenience that the merit cannot be fully utilized can also be avoided. Furthermore, according to the cellulose treatment method of the present invention, the amount of cellulase used can be reduced as compared with the conventional method (Non-patent Document 1). From the above, according to the present invention, it is possible to provide a practical method for using cellulose that can efficiently decompose cellulose using an ionic liquid.

さらに、本発明によれば、イオン液体の特性(特に、水系の貧溶媒と混合したときの液性(pH))に関わらず、好ましいセルラーゼ作用環境を得ることができる。水系の貧溶媒と混合することにより、セルラーゼの酵素活性を確保するとともにイオン液体と貧溶媒が接触したとき生じる可能性のあるpHシフトを補正し又はpH変動を緩衝するのに十分な緩衝能を有する貧溶媒を用いることで、不純物や製法のばらつきによるイオン液体の特性変動による影響を抑制又は回避して、安定して良好なセルラーゼ作用環境を形成できる。   Furthermore, according to the present invention, a preferable cellulase working environment can be obtained regardless of the characteristics of the ionic liquid (particularly, the liquidity (pH) when mixed with an aqueous poor solvent). Mixing with an aqueous anti-solvent ensures sufficient cellulase enzyme activity and corrects the pH shift that may occur when the ionic liquid and anti-solvent come into contact, or provides sufficient buffer capacity to buffer pH fluctuations. By using the poor solvent, it is possible to suppress or avoid the influence of fluctuations in the properties of the ionic liquid due to variations in impurities and manufacturing methods, and to stably form a good cellulase working environment.

(セルロース分解産物の生産方法)
図2に示すように、本発明のセルロース分解産物の生産方法は、本発明のセルロースの前処理方法におけるイオン液体準備工程とセルラーゼ作用環境形成工程と、セルラーゼを含むセルラーゼ作用環境下においてセルラーゼでセルロースを分解する工程と、を備えることを特徴としている。本発明のセルロース分解産物の生産方法によれば、上記したセルロースの処理方法において記載したことに基づいて、イオン液体で可溶化したセルロースを効率的に分解できる。なお、セルロースの分解産物としては、セルロースの低分子化されたものであればよい。より具体的には、最終分解産物であるグルコースのほか、セロビオース及びセロオリゴ糖が挙げられる。
(Production method of cellulose degradation products)
As shown in FIG. 2, the method for producing a cellulose degradation product of the present invention comprises the steps of preparing an ionic liquid and a cellulase working environment in the cellulose pretreatment method of the present invention, and cellulase in a cellulase working environment containing cellulase. And a step of disassembling. According to the method for producing a cellulose degradation product of the present invention, cellulose solubilized with an ionic liquid can be efficiently degraded based on what has been described in the cellulose treatment method described above. In addition, as a decomposition product of cellulose, any cellulose having a low molecular weight may be used. More specifically, there are cellobiose and cellooligosaccharide in addition to glucose which is the final degradation product.

(セルロース分解工程)
セルラーゼを含有するセルラーゼ作用環境を形成するには、図2に示すように、予めセルラーゼを含有する貧溶媒を用いてセルラーゼ作用環境を形成してもよいし、別途セルラーゼをセルラーゼ作用環境に供給してもよい。用いるセルラーゼは、1種類以上であってもよいし効率的にセルロースを分解できるように2種類以上を組み合わせてもよい。また、セルラーゼは、適当な担体に保持された形態であってもよい。
(Cellulose decomposition process)
In order to form a cellulase working environment containing cellulase, as shown in FIG. 2, the cellulase working environment may be formed using a poor solvent containing cellulase in advance, or cellulase may be separately supplied to the cellulase working environment. May be. One or more types of cellulase may be used, or two or more types may be combined so that cellulose can be efficiently decomposed. The cellulase may be in a form held on a suitable carrier.

セルラーゼ作用環境下でセルロースをセルラーゼで分解することにより、セルロースは低分子化される。このため、セルラーゼ作用環境におけるイオン液体や貧溶媒の種類にもよるが、析出していた状態から徐々にセルラーゼ作用環境下のイオン液体と貧溶媒とが共存する媒体に溶解していく。この場合には、セルラーゼ作用環境の反応媒体は徐々に澄明化されていく。   Cellulose is reduced in molecular weight by decomposing cellulose with cellulase under the cellulase working environment. For this reason, although it depends on the kind of ionic liquid and poor solvent in the cellulase working environment, it gradually dissolves in the medium in which the ionic liquid and poor solvent in the cellulase working environment coexist from the deposited state. In this case, the reaction medium in the cellulase working environment is gradually clarified.

本発明にセルロースの分解産物の生産方法においては、分解対象となるセルロースは結晶セルロースを含むものであることが好ましい。イオン液体によれば結晶セルロースの構造が効果的に緩和されるからである。   In the method for producing a degradation product of cellulose in the present invention, the cellulose to be decomposed preferably contains crystalline cellulose. This is because the structure of crystalline cellulose is effectively relaxed by the ionic liquid.

本発明のセルロース分解産物の生産方法における各工程は、セルロースの分解産物を最終生成物とするためでなく、セルロースの糖化方法としても実施できる。すなわち、本発明によれば、セルロースが可溶化されたイオン液体の準備工程、セルラーゼ作用環境形成工程及びセルロース分解工程を備える、セルロースの糖化方法も提供される。セルロース分解工程で得られたセルロース分解産物を、次工程の被修飾体として利用したり炭素源として利用したりすることに用いることができる。なお、セルロースの糖化とは、構成単糖であるグルコースにまで分解することに限定するものではなく、セルロースの低分子化体に分解できればよく、セロビオースやセロオリゴ糖に分解するものを含むものである。   Each step in the method for producing a cellulose degradation product of the present invention can be carried out not only as a cellulose degradation product as a final product but also as a cellulose saccharification method. That is, according to this invention, the saccharification method of a cellulose provided with the preparation process of the ionic liquid in which the cellulose was solubilized, a cellulase working environment formation process, and a cellulose decomposition process is also provided. The cellulose degradation product obtained in the cellulose degradation step can be used as a modified body in the next step or as a carbon source. The saccharification of cellulose is not limited to decomposition into glucose, which is a constituent monosaccharide, but may be any one that can be decomposed into a low molecular weight form of cellulose, and includes those that decompose into cellobiose and cellooligosaccharide.

セルロースをセルラーゼで分解する酵素反応条件は特に限定しない。一般的には、用いるセルラーゼの至適pHや至適温度等を考慮し設定されるが、反応温度は30℃以上70℃以下であり、1時間以上24時間以下程度とすることができる。また、pHは、2以上6以下程度とすることができる。   The enzyme reaction conditions for decomposing cellulose with cellulase are not particularly limited. In general, it is set in consideration of the optimum pH, optimum temperature, etc. of the cellulase to be used, but the reaction temperature is 30 ° C. or more and 70 ° C. or less, and can be about 1 hour or more and 24 hours or less. Moreover, pH can be made into 2 or more and 6 or less.

以上説明したように、本発明のセルロース分解産物の生産方法及びセルロースの糖化方法によれば、効果的にセルロースをセルラーゼで分解することができ、従来に比してより実用的なレベルでセルロースを利用できるようになる。   As described above, according to the method for producing a cellulose degradation product and the method for saccharifying cellulose according to the present invention, cellulose can be effectively decomposed with cellulase. It becomes available.

(酵素反応媒体)
本発明の酵素反応媒体は、基質を可溶化可能なイオン液体と、基質に関しイオン液体との関係において貧溶媒であって、イオン液体の共存下、酵素がその酵素活性を発揮できる酵素作用環境を形成できる程度の量の溶媒と、を含むことができる。このような酵素反応媒体によれば、イオン液体に可溶化された基質をその可溶化された状態の少なくとも一部を保持している。このため、水素結合やファンデルワールス力等の作用によりそれ自体が複合体となっていたり、あるいは他のものと複合体と形成していたりするなどして酵素が作動する環境下では難溶性の基質形態を採るものであっても、酵素を作用させて利用しやすくすることができる。したがって、本発明の酵素反応媒体によれば、基質形態に関わらず、酵素の基質として利用することができるようになる。
(Enzyme reaction medium)
The enzyme reaction medium of the present invention is a poor solvent in the relationship between an ionic liquid capable of solubilizing a substrate and the ionic liquid with respect to the substrate, and has an enzyme working environment in which the enzyme can exert its enzymatic activity in the presence of the ionic liquid. An amount of solvent that can be formed. According to such an enzyme reaction medium, the substrate solubilized in the ionic liquid retains at least a part of the solubilized state. For this reason, it is difficult to dissolve in an environment where the enzyme is activated, for example, it is complexed by the action of hydrogen bonds or van der Waals forces, or it is complexed with other substances. Even if it takes a substrate form, it can be made easy to use by acting an enzyme. Therefore, according to the enzyme reaction medium of the present invention, it can be used as an enzyme substrate regardless of the substrate form.

基質としては特に限定しないが、天然多糖や天然樹脂、合成多糖や合成樹脂などを含む高分子が挙げられる。天然多糖としては、例えば、セルロース、キシラン、キチン及びキトサンが挙げられる。また、酵素は基質の種類によるが、セルロースを基質とする場合には、既に説明したセルラーゼであり、キシランにはキシラナーゼ、キチンやキトサンには、キチナーゼ等が挙げられる。   The substrate is not particularly limited, and examples thereof include natural polysaccharides and natural resins, and polymers containing synthetic polysaccharides and synthetic resins. Examples of natural polysaccharides include cellulose, xylan, chitin, and chitosan. In addition, the enzyme depends on the type of substrate, but when cellulose is used as the substrate, it is the cellulase already described. Examples of xylan include xylanase, and examples of chitin and chitosan include chitinase.

イオン液体は、基質の種類や酵素作用環境形成の容易さ等に応じて決定され、特に限定されない。公知のイオン液体から適宜選択して用いることができる。例えば、セルロースを基質とする場合には、既に説明したイオン液体を好ましく用いることができる。また、セルロースに好ましく用いることのできるイオン液体は、類似した構造を有するキチンやキトサンにも好ましく用いることができる。   The ionic liquid is not particularly limited, and is determined according to the type of substrate, the ease of forming an enzyme action environment, and the like. It can be appropriately selected from known ionic liquids. For example, when cellulose is used as a substrate, the ionic liquid described above can be preferably used. Moreover, the ionic liquid which can be preferably used for cellulose can also be preferably used for chitin and chitosan having a similar structure.

酵素作用環境は、酵素が基質に作用できる環境であれば足りる。イオン液体と貧溶媒との共存する環境が、所望の基質に対する所望の酵素が作動できる環境であるかどうかは、基質を可溶化したイオン液体と貧溶媒とについて各種形態(イオン液体や貧溶媒の種類及び配合比)で共存系を構築し、酵素活性を評価することにより確認することができる。セルラーゼについては既に説明したが、所望の酵素についての酵素活性を測定することができる系があれば容易に本発明の酵素作用環境を確認することができる。   The enzyme working environment is sufficient if the enzyme can act on the substrate. Whether the environment in which the ionic liquid and the poor solvent coexist is an environment in which the desired enzyme for the desired substrate can operate can be determined in various forms (ionic liquid and poor solvent of the ionic liquid and poor solvent). It can be confirmed by constructing a coexistence system by type and mixing ratio) and evaluating the enzyme activity. Cellulase has already been described, but if there is a system that can measure the enzyme activity of a desired enzyme, the enzyme working environment of the present invention can be easily confirmed.

すでに説明したように、イオン液体の特性の変動によるpHシフトやpH変動の酵素活性及び分解効率への悪影響を抑制又は回避可能な反応媒体を調製するには、用いるイオン液体と貧溶媒が接触したとき生じる可能性のあるpHシフトを補正し又はpH変動を緩衝するのに十分な調整能力を有する貧溶媒を用いることが好ましい。   As already explained, in order to prepare a reaction medium capable of suppressing or avoiding the adverse effects on the enzyme activity and degradation efficiency of pH shift and pH fluctuation due to fluctuations in the characteristics of the ionic liquid, the ionic liquid used and the poor solvent were in contact with each other. It is preferred to use an anti-solvent that has sufficient adjustability to correct pH shifts that may sometimes occur or buffer pH fluctuations.

本発明の酵素反応媒体には、イオン液体により少なくとも一旦可溶化された基質を含んでいてもよい。こうした基質は、イオン液体に可溶化された状態で本発明の酵素反応媒体に添加されてもよいし、反応媒体形成時のイオン液体に予め可溶化されて含まれていてもよい。酵素反応媒体に含まれている基質は、少なくとも一部が析出されていてもよい。基質が析出されていても、酵素反応媒体中にイオン液体が存在していれば、一旦イオン液体により可溶化されたものであれば、イオン液体により可溶化された際の緩和された構造の少なくとも一部を保持しているため、酵素が基質にアプローチしやすくなっている。酵素反応媒体には、さらに、酵素を含んでいてもよい。酵素は、予め貧溶媒に添加してあってもよいし、酵素作用環境を形成後に添加されたものであってもよい。   The enzyme reaction medium of the present invention may contain a substrate at least once solubilized with an ionic liquid. Such a substrate may be added to the enzyme reaction medium of the present invention in a state solubilized in the ionic liquid, or may be previously solubilized and contained in the ionic liquid at the time of forming the reaction medium. At least a part of the substrate contained in the enzyme reaction medium may be deposited. Even if the substrate is deposited, if the ionic liquid is present in the enzyme reaction medium, and once solubilized by the ionic liquid, at least the relaxed structure when solubilized by the ionic liquid is used. Retaining part makes it easier for the enzyme to approach the substrate. The enzyme reaction medium may further contain an enzyme. The enzyme may be added in advance to a poor solvent, or may be added after forming the enzyme working environment.

(セルロース分解用媒体)
本発明のセルロース分解用媒体は、セルロースを可溶化可能なイオン液体と、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒であって、前記イオン液体の共存下、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成できる程度の量の溶媒と、を含む、組成物が提供される。本発明のセルロース分解用媒体は、本発明の酵素反応媒体の一形態である。
(Cellulose decomposition medium)
The cellulolytic medium of the present invention is a cellulase that is a poor solvent in relation to the ionic liquid that can solubilize cellulose and the ionic liquid, and in which the cellulase can exhibit enzyme activity in the presence of the ionic liquid. An amount of solvent sufficient to form a working environment. The cellulose decomposition medium of the present invention is one form of the enzyme reaction medium of the present invention.

本発明のセルロース分解用媒体におけるセルロース、セルラーゼ、イオン液体及び貧溶媒については、本発明のセルロースの処理方法及び分解産物の生産方法で既に説明した各種態様を採ることができる。セルロース分解用媒体は、イオン液体により少なくとも一旦可溶化されたセルロースを含むこともでき、セルロースの少なくとも一部は析出されていてもよく、さらに、セルラーゼを含むこともできる。   Regarding the cellulose, cellulase, ionic liquid and poor solvent in the cellulose decomposition medium of the present invention, various aspects already described in the cellulose treatment method and the degradation product production method of the present invention can be employed. The cellulose-decomposing medium can also contain cellulose that has been solubilized at least once by the ionic liquid, at least a portion of the cellulose can be precipitated, and can also contain cellulase.

本発明のセルロース分解用媒体によれば、セルロースをセルラーゼで効率的に分解できる状態でセルロースとセルラーゼとを存在させることができる。このため、セルロースを各種炭素源及び原材料としての実用化に有用である。   According to the cellulose decomposition medium of the present invention, cellulose and cellulase can be present in a state where cellulose can be efficiently decomposed by cellulase. For this reason, cellulose is useful for practical use as various carbon sources and raw materials.

以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to a following example.

本実施例では、イオン液体として1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ジエチルリン酸(Solvent Innovation社製)を用いて、このイオン液体と貧溶媒としての水性媒体である10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)との混合比(体積比)を各種変更して、セルラーゼ分解用媒体を調製し、イオン液体量のセルラーゼ活性への影響を検討した。以下の表に試料1〜5の媒体における混合比、イオン液体含有量、セルロース含有量及びセルラーゼ含有量並びに基質濃度を示す。なお、セルロースとして結晶性セルロースとして入手できるアビセルPH−101を用い、セルラーゼとしては、Trichoderma reesei由来のセルラーゼ(以上、いずれもSigma−Aldrich社製)を用いた。なお、イオン液体の比重は約1である。
In this example, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate (manufactured by Solvent Innovation) was used as the ionic liquid, and a 10 mM citrate buffer (pH 5. 0) was mixed in various ways (volume ratio) to prepare cellulase decomposition media, and the influence of the amount of ionic liquid on cellulase activity was examined. The following table shows the mixing ratio, ionic liquid content, cellulose content, cellulase content and substrate concentration in the media of Samples 1-5. In addition, Avicel PH-101 which can be obtained as crystalline cellulose was used as cellulose, and cellulase derived from Trichoderma reesei (all of which are manufactured by Sigma-Aldrich) was used as the cellulase. The specific gravity of the ionic liquid is about 1.

なお、各媒体における最終セルロース濃度を合わせるため、セルロースを表1に示す量のイオン液体に1〜5質量%の割合で加えて、50℃で溶解させた。その後、表1に示すクエン酸緩衝液を加えると、全ての反応媒体において、直ちにフィルム状のセルロース(再生セルロース)が析出した。析出したセルロースフィルムをボルテックスで攪拌して破壊した後、セルラーゼ2mgを反応媒体に添加して、40℃で酵素反応を行った。反応後の糖(グルコース及びセロビオース)への転化率をABEE化してHPLCで測定した(Yasunoら、Biosci. Biotech. Biochem. 61, 1994-1946)。   In addition, in order to match | combine the final cellulose density | concentration in each medium, the cellulose was added to the ionic liquid of the quantity shown in Table 1 in the ratio of 1-5 mass%, and it was made to melt | dissolve at 50 degreeC. Then, when the citrate buffer solution shown in Table 1 was added, film-like cellulose (regenerated cellulose) immediately precipitated in all reaction media. The precipitated cellulose film was broken by vortexing, and then 2 mg of cellulase was added to the reaction medium, and an enzyme reaction was performed at 40 ° C. The conversion rate to sugars (glucose and cellobiose) after the reaction was converted to ABEE and measured by HPLC (Yasuno et al., Biosci. Biotech. Biochem. 61, 1994-1946).

セルロースの転化率(セルラーゼ活性)の測定結果を図3に示す。図3(a)にはグルコースへの転化率(白いバー:1時間及び黒いバー:24時間)及び図3(b)にはセロビオースへの転化率(白いバー:1時間及び黒いバー:24時間)を示す。また、試料2(イオン液体/水性媒体の混合比1/4)についてのセルラーゼ活性の経時変化を図4に示す。   The measurement result of the conversion rate (cellulase activity) of cellulose is shown in FIG. FIG. 3 (a) shows the conversion rate to glucose (white bar: 1 hour and black bar: 24 hours), and FIG. 3 (b) shows the conversion rate to cellobiose (white bar: 1 hour and black bar: 24 hours). ). Moreover, the time-dependent change of the cellulase activity about the sample 2 (mixing ratio 1/4 of an ionic liquid / aqueous medium) is shown in FIG.

図3に示すように、イオン液体と水性媒体との混合比によって転化率が異なることがわかった。また、好ましい混合比があることがわかった。イオン液体/水性媒体の混合比が1/4のとき、最も良好に糖化が進行し、24時間後のグルコースへの転化率は50%であった。また、当該混合比のとき、24時間後のセロビオースへの転化率は20%であった。   As shown in FIG. 3, it has been found that the conversion rate varies depending on the mixing ratio of the ionic liquid and the aqueous medium. It was also found that there is a preferable mixing ratio. When the mixing ratio of the ionic liquid / aqueous medium was 1/4, saccharification proceeded best, and the conversion rate to glucose after 24 hours was 50%. Further, at the mixing ratio, the conversion rate to cellobiose after 24 hours was 20%.

一方、イオン液体と水性媒体との混合比が2/3及びそれ以上にイオン液体の比率が高いときには、グルコースへの転化率及びセロビオースへの転化率が低下することがわかった。   On the other hand, it was found that when the mixing ratio of the ionic liquid and the aqueous medium is 2/3 and the ratio of the ionic liquid is higher than that, the conversion rate to glucose and the conversion rate to cellobiose are lowered.

以下の操作においては、特に言及しない限り、実施例1と同様の試薬を用いた。本実施例では、実施例1で得られた媒体1(イオン液体/水性媒体=1/4)についてセルラーゼ活性の経時的変化を測定した。なお、測定にあたり、実施例1の媒体1におけるのと同様にして調製したセルロースを可溶化したイオン液体200μlに、セルラーゼの溶液(10mg/ml、10mMクエン酸緩衝液pH5.0)を800μl添加して酵素反応を開始させた。また、対照として、上記セルラーゼ溶液を10分間100℃で加熱して熱変性セルラーゼを調製し、これについても、媒体1に対して800μl添加してセルラーゼ活性の経時的変化を測定した。なお、セルラーゼ活性の測定は、実施例1と同様にして行った。結果を図4に示す。   In the following operations, the same reagents as in Example 1 were used unless otherwise specified. In this example, the time-dependent change in cellulase activity was measured for the medium 1 (ionic liquid / aqueous medium = 1/4) obtained in Example 1. In the measurement, 800 μl of cellulase solution (10 mg / ml, 10 mM citrate buffer pH 5.0) was added to 200 μl of ionic liquid solubilized cellulose prepared in the same manner as in medium 1 of Example 1. The enzyme reaction was started. As a control, the cellulase solution was heated at 100 ° C. for 10 minutes to prepare a heat-denatured cellulase. Again, 800 μl of the cellulase was added to the medium 1, and the change in cellulase activity over time was measured. The cellulase activity was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図4に示すように、反応初期にはセロビオースが主に生成し、その後分解されてグルコース生成量が増加した。このことから、セルラーゼは、イオン液体の存在下、少なくとも24時間は活性を保持していることが明らかとなった。また、熱変性させたセルラーゼがほとんど活性を示さなかったことから、セルロースの分解・糖化は、確かにセルラーゼの酵素活性によるものであり、他のセルラーゼにもイオン液体の存在下でのセルロースの分解に適用できることがわかった。   As shown in FIG. 4, cellobiose was mainly produced at the beginning of the reaction and then decomposed to increase the amount of glucose produced. This revealed that the cellulase retained activity for at least 24 hours in the presence of the ionic liquid. In addition, since heat-denatured cellulase showed almost no activity, the degradation and saccharification of cellulose was certainly due to the enzymatic activity of cellulase, and other cellulases also degraded cellulose in the presence of ionic liquids. It was found that it can be applied to.

以下の操作においては、特に言及しない限り、実施例1と同様の試薬を用いた。本実施例では、8質量%でセルロースを50℃でイオン液体に溶解させてセルロースのストック溶液を調製した。さらに、このイオン液体に表2に示す組成となるように、セルラーゼ及びクエン酸緩衝液を添加し、反応温度40℃で20時間振とうして、セルラーゼ活性を評価した。なお、セルラーゼ活性の評価は実施例1と同様にして行った。結果を表2及び図5に示す。   In the following operations, the same reagents as in Example 1 were used unless otherwise specified. In this example, a cellulose stock solution was prepared by dissolving cellulose at 8% by mass in an ionic liquid at 50 ° C. Furthermore, cellulase and a citrate buffer solution were added to this ionic liquid so as to have the composition shown in Table 2, and the mixture was shaken at a reaction temperature of 40 ° C. for 20 hours to evaluate cellulase activity. The cellulase activity was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 and FIG.

図5に示すように、セルラーゼの濃度を増加させるとそれに応じてセルラーゼ活性(転化率)が向上することがわかった。したがって、イオン液体の共存下でも、セルラーゼが十分に作用することがわかった。また、20時間の反応で80%程度まで分解できることもわかった。   As shown in FIG. 5, it was found that the cellulase activity (conversion rate) was improved accordingly when the cellulase concentration was increased. Therefore, it was found that cellulase works sufficiently even in the presence of an ionic liquid. It was also found that the reaction can be decomposed to about 80% after 20 hours of reaction.

本実施例では、実施例3より一層低い濃度のセルラーゼによるセルロースの糖化を試みた。すなわち、セルラーゼ濃度を0.2mg/ml、0.04mg/ml及び0.02mg/mlとしてセルロースを分解した。5質量%でセルロースのストック溶液を調製した以外は、実施例3と同様に操作してセルラーゼ活性を評価した。結果を、図6及び図7に示す。   In this example, an attempt was made to saccharify cellulose with cellulase at a lower concentration than in Example 3. That is, cellulose was decomposed at cellulase concentrations of 0.2 mg / ml, 0.04 mg / ml and 0.02 mg / ml. Cellulase activity was evaluated in the same manner as in Example 3 except that a cellulose stock solution was prepared at 5% by mass. The results are shown in FIGS.

図6及び図7に示すように、セルラーゼ濃度が0.2mg/mlでも約75%まで分解できることがわかった。したがって、イオン液体の共存下、セルラーゼは相当程度低濃度であってもセルロースを分解できることがわかった。これは、セルラーゼがイオン液体共存下であっても安定であったこと及びセルロースの剛直な構造が効果的にイオン液体により崩壊された状態がセルラーゼ作用環境下において有効に維持されていたことを支持している。   As shown in FIGS. 6 and 7, it was found that the cellulase concentration could be degraded to about 75% even at 0.2 mg / ml. Accordingly, it was found that cellulase can decompose cellulose even in a considerably low concentration in the presence of an ionic liquid. This supported that cellulase was stable even in the presence of ionic liquid, and that the rigid structure of cellulose was effectively maintained in an environment where cellulase was effectively disrupted by ionic liquid. is doing.

本実施例では、イオン液体を構成するアニオンを酢酸とし、表3に示す組成となるようにセルラーゼ及びクエン酸緩衝液を添加し、表3で示すように処理する以外は、実施例1と同様に操作して、セルラーゼ活性を評価した。結果を表3に示す。   In this example, acetic acid was used as the anion constituting the ionic liquid, cellulase and citrate buffer were added so as to have the composition shown in Table 3, and the treatment was performed as shown in Table 3. The cellulase activity was evaluated. The results are shown in Table 3.

表3に示すように、アニオンが酢酸イオンであっても、約40%程度分解できることがわかった。すなわち、酢酸イオンをアニオンとするイオン液体であっても、セルラーゼが作用できる環境を、セルロースを可溶化したのと同一の反応場に形成できることがわかった。 As shown in Table 3, it was found that about 40% of the anion can be decomposed even if the anion is an acetate ion. That is, it was found that an environment in which cellulase can act can be formed in the same reaction field where cellulose is solubilized even with an ionic liquid having acetate ions as anions.

本実施例では、イオン液体として1−エチル−3−メチルイミダゾリウム 酢酸を用いてセルロースをの糖化におけるpH制御効果を評価した。すなわち、結晶性セルロースであるアビセルPH−101(Flula社製)の5wt%の濃度になるようにして50℃で上記イオン液体に溶解させた。この液200mgに対して、表4に示すように、試薬(クエン酸1水和物)の濃度を種々に異ならせた(600mM、400mM、200mM)の各水溶液及び10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)800μlをそれぞれ加えて、イオン液体により可溶化したセルロースを析出させた。こうして得られた各試料の反応後のpHを表4に併せて示す。   In this example, the pH control effect in saccharification of cellulose was evaluated using 1-ethyl-3-methylimidazolium acetic acid as the ionic liquid. That is, Avicel PH-101 (manufactured by Flula), which is crystalline cellulose, was dissolved in the ionic liquid at 50 ° C. to a concentration of 5 wt%. As shown in Table 4, with respect to 200 mg of this solution, various concentrations of the reagent (citric acid monohydrate) (600 mM, 400 mM, 200 mM) in various aqueous solutions and 10 mM citrate buffer (pH 5. 0) 800 μl of each was added to precipitate the cellulose solubilized by the ionic liquid. The pH after reaction of each sample thus obtained is also shown in Table 4.

次に、析出したセルロースをボルテックス(商品名)で破砕し、T. reesei由来のセルラーゼ(SIGMA社製)0.2mgを用いて酵素反応を行った。具体的には、析出したセルロースに、4.0mg/mlセルラーゼとなるように10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)に溶解して調製したセルラーゼ溶液50μlを加えて、40℃で24時間酵素反応を行った。反応後、反応生成物を4-アミノ安息香酸エチルエステルで誘導体化し、生成したグルコース量とセロビオース量をHPLC(島津製作所製)でそれぞれ定量した。なお、HPLCの測定条件は以下のとおりとし、詳細は、付属の取扱説明書に従った。結果を図8に示す。
(HPLC測定条件)
カラム:ODSカラム
移動相:0.02%TFA:アセトニトリル=85:15
検出波長:305nm
Next, the precipitated cellulose was crushed with vortex (trade name), and an enzyme reaction was performed using 0.2 mg of cellulase derived from T. reesei (manufactured by SIGMA). Specifically, 50 μl of a cellulase solution prepared by dissolving in 10 mM citrate buffer (pH 5.0) so as to be 4.0 mg / ml cellulase is added to the precipitated cellulose, and the enzyme reaction is performed at 40 ° C. for 24 hours. Went. After the reaction, the reaction product was derivatized with 4-aminobenzoic acid ethyl ester, and the amount of glucose and cellobiose produced were each quantified by HPLC (manufactured by Shimadzu Corporation). The HPLC measurement conditions were as follows, and the details were in accordance with the attached instruction manual. The results are shown in FIG.
(HPLC measurement conditions)
Column: ODS column Mobile phase: 0.02% TFA: acetonitrile = 85: 15
Detection wavelength: 305 nm

図8に示すように、通常使用される10mMクエン酸緩衝液を用いたとき(試料4)、セルラーゼからグルコース又はセロビオースへの変換効率は30%程度であったが、クエン酸水溶液(200mM〜600mM)を用いた場合には、いずれも変換効率は68%程度まで上昇した。以上のことから、イオン液体をセルロースの可溶化に用いる場合、イオン液体に起因するセルロースの分解効率の低下や変動を抑制又は回避するには、通常使用濃度及びセルラーゼの至適pHの緩衝液でなく、試薬濃度を増大させるなどして至適pHよりもpHを酸性側にシフトした水溶液などの貧溶媒を用いることが有効であることがわかった。   As shown in FIG. 8, when a commonly used 10 mM citrate buffer was used (sample 4), the conversion efficiency from cellulase to glucose or cellobiose was about 30%, but a citric acid aqueous solution (200 mM to 600 mM). ), The conversion efficiency increased to about 68%. From the above, when using ionic liquid for solubilization of cellulose, in order to suppress or avoid the degradation and fluctuation of cellulose degradation efficiency caused by ionic liquid, it is necessary to use a buffer solution with a normal use concentration and an optimum pH of cellulase. However, it was found effective to use a poor solvent such as an aqueous solution whose pH was shifted to the acidic side from the optimum pH by increasing the reagent concentration.

本実施例では、イオン液体として1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム 塩素を用いてセルロースの糖化におけるpH制御効果を評価した。すなわち、結晶性セルロースであるアビセルPH−101(Flula社製)の5wt%の濃度になるようにして50℃で上記イオン液体に溶解させた。この液200mgに対して、表5に示すように、試薬(クエン酸1水和物)の濃度を種々に異ならせた(100mM、50mM、10mM)の各水溶液及び10mMクエン酸緩衝液(pH3.0、pH4.0及びpH5.0)800μlをそれぞれ加えて、可溶化したセルロースを析出させた。こうして得られた各試料の反応後のpHを表5に併せて示す。得られた各試料につき、実施例6と同等にして酵素反応を実施するとともに変換効率を測定した。結果を図9に示す。   In this example, 1-butyl-3-methylimidazolium chlorine was used as the ionic liquid to evaluate the pH control effect in saccharification of cellulose. That is, Avicel PH-101 (manufactured by Flula), which is crystalline cellulose, was dissolved in the ionic liquid at 50 ° C. to a concentration of 5 wt%. As shown in Table 5, with respect to 200 mg of this solution, various concentrations of the reagent (citric acid monohydrate) (100 mM, 50 mM, 10 mM) and 10 mM citrate buffer (pH 3. 0, pH 4.0, and pH 5.0) 800 μl were added to precipitate the solubilized cellulose. The pH after reaction of each sample thus obtained is also shown in Table 5. For each of the obtained samples, an enzyme reaction was carried out in the same manner as in Example 6 and conversion efficiency was measured. The results are shown in FIG.

図9に示すように、通常使用される10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)を用いたとき(試料6)、セルラーゼからグルコース又はセロビオースへの変換効率は80%未満程度であったが、クエン酸の濃度を10mMとしpH3.0〜pH4.0の緩衝液を用いることにより、より高い変換効率を得ることができた。以上のことから、イオン液体をセルロースの可溶化に用いる場合、イオン液体に起因するセルロースの分解効率の低下や変動を抑制又は回避するには、通常使用濃度及びセルラーゼの至適pHの緩衝液及び当該至適pHよりも酸性側に低くpHを設定するなどして緩衝能を増強した緩衝液などの貧溶媒を用いることが有効であることがわかった。また、本実施例においては、クエン酸水溶液(100mM〜10mM)では、十分なpH調整ができないことがわかった。   As shown in FIG. 9, when a commonly used 10 mM citrate buffer (pH 5.0) was used (sample 6), the conversion efficiency from cellulase to glucose or cellobiose was less than about 80%. By using an acid concentration of 10 mM and a buffer solution having a pH of 3.0 to 4.0, a higher conversion efficiency could be obtained. From the above, when the ionic liquid is used for solubilization of cellulose, in order to suppress or avoid the decrease or fluctuation in cellulose degradation efficiency due to the ionic liquid, a buffer solution having a normal use concentration and an optimum pH of cellulase and It has been found that it is effective to use a poor solvent such as a buffer whose buffering capacity is enhanced by setting the pH to be lower than the optimum pH on the acidic side. Moreover, in the present Example, it turned out that sufficient pH adjustment cannot be performed by citric acid aqueous solution (100 mM-10 mM).

本実施例では、イオン液体として1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム 塩素を用いてセルロースの糖化におけるpH制御効果を評価した。すなわち、結晶性セルロースであるアビセルPH−101(Flula社製)を1wt%の濃度になるようにして50℃で上記イオン液体に溶解させた。この液100mgに対して、表6に示すように、クエン酸濃度50mMのクエン酸緩衝液(pH2.1)及び10mMクエン酸緩衝液(pH3.0、pH4.0及びpH5.0)900μlを加えて可溶化したセルロースを析出させた。こうして得られた各試料の反応後のpHを表6に併せて示す。得られた各試料につき、セルラーゼ量を2.5mgとする以外は、実施例6と同等にして酵素反応を実施するとともに変換効率を測定した。具体的には、析出したセルロースに、12.5mg/mlセルラーゼとなるように10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)に溶解して調製したセルラーゼ溶液200μlを加えて、40℃で24時間酵素反応を行った。結果を図10に示す。   In this example, 1-octyl-3-methylimidazolium chlorine was used as the ionic liquid to evaluate the pH control effect in saccharification of cellulose. That is, Avicel PH-101 (manufactured by Flula), which is crystalline cellulose, was dissolved in the ionic liquid at 50 ° C. to a concentration of 1 wt%. To 100 mg of this solution, as shown in Table 6, add 900 μl of a citrate buffer solution (pH 2.1) having a citrate concentration of 50 mM and a 10 mM citrate buffer solution (pH 3.0, pH 4.0 and pH 5.0). Solubilized cellulose was precipitated. The pH after reaction of each sample thus obtained is also shown in Table 6. For each of the obtained samples, the enzyme reaction was carried out in the same manner as in Example 6 except that the amount of cellulase was 2.5 mg, and the conversion efficiency was measured. Specifically, 200 μl of a cellulase solution prepared by dissolving in 10 mM citrate buffer (pH 5.0) so as to be 12.5 mg / ml cellulase was added to the precipitated cellulose, and the enzyme reaction was performed at 40 ° C. for 24 hours. Went. The results are shown in FIG.

図10に示すように、通常使用される10mMクエン酸緩衝液(pH5.0)を用いたとき(試料4)、セルラーゼからグルコース又はセロビオースへの変換効率は17%であったが、クエン酸濃度を10mMとしpH3.0〜4.0緩衝液を用いることにより、より高い変換効率を得ることができた。一方、pH2.1の緩衝液では低い変換効率しか得られなかった。以上のことから、イオン液体をセルロースの可溶化に用いる場合、イオン液体に起因するセルロースの分解効率の低下や変動を抑制又は回避するには、通常使用濃度及びセルラーゼの至適pHの緩衝液でなく、pHをセルラーゼの至適pHよりも一定範囲で低く設定するなどして緩衝能を適切に増強した緩衝液を用いることが有効であることがわかった。   As shown in FIG. 10, when a commonly used 10 mM citrate buffer (pH 5.0) was used (sample 4), the conversion efficiency from cellulase to glucose or cellobiose was 17%, but the citrate concentration A higher conversion efficiency could be obtained by adjusting the pH to 10 mM and using a pH 3.0 to 4.0 buffer. On the other hand, only a low conversion efficiency was obtained with a pH 2.1 buffer. From the above, when using ionic liquid for solubilization of cellulose, in order to suppress or avoid the degradation and fluctuation of cellulose degradation efficiency caused by ionic liquid, it is necessary to use a buffer solution with a normal use concentration and an optimum pH of cellulase. However, it was found that it is effective to use a buffer solution having a buffer capacity appropriately enhanced by setting the pH to be lower than the optimum pH of cellulase within a certain range.

本実施例では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ジエチルリン酸を利用したセルロース糖化におけるイミダゾール系の不純物の影響を確認した。すなわち、結晶性セルロースAvicel PH−101(Flula)10mgを50℃で溶解させた上記イオン液体200mgに10mM クエン酸緩衝液(pH5.0)800μlを加え再生セルロースを析出させた。なおこの際に、イミダゾールを上記混合液における最終濃度0.1、1.0、5.0%(wt./vol.)になるよう添加した。このときのpHを測定した結果、イミダゾール0.1%では、pH6.8、1.0%ではpH8.1、5.0%ではpH8.8であった。またイミダゾールを添加しないコントロールでは、pH5.0であった。   In this example, the influence of imidazole impurities in cellulose saccharification using 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate was confirmed. That is, 800 μl of 10 mM citrate buffer (pH 5.0) was added to 200 mg of the ionic liquid in which 10 mg of crystalline cellulose Avicel PH-101 (Flula) was dissolved at 50 ° C. to precipitate regenerated cellulose. At this time, imidazole was added so as to have final concentrations of 0.1, 1.0, and 5.0% (wt./vol.) In the mixed solution. As a result of measuring the pH at this time, it was pH 6.8 for imidazole 0.1%, pH 8.1 for 1.0%, and pH 8.8 for 5.0%. In the control without addition of imidazole, the pH was 5.0.

析出した再生セルロースをボルテックスで破砕し、T.reesei由来セルラーゼ(SIGMA製)0.2mgを加え、40℃で24時間の反応を行った。1,18,24時間反応させた試料を採取し、4−アミノ安息香酸エチルエステルで誘導体化し、生成したグルコース量とセロビオース量をHPLC(島津製作所)で定量した。なおHPLCの測定条件としては、ODSカラムを使用し、0.02%TFA・アセトニトリル混液(85:15)(体積比)を移動相として用いた。操作の詳細は、付属の取り扱い説明書に従い、検出波長は305nmにて測定した。   The precipitated regenerated cellulose was crushed with a vortex, reesei-derived cellulase (manufactured by SIGMA) 0.2 mg was added, and the reaction was performed at 40 ° C. for 24 hours. Samples reacted for 1,18 and 24 hours were collected, derivatized with 4-aminobenzoic acid ethyl ester, and the amounts of glucose and cellobiose produced were quantified by HPLC (Shimadzu Corporation). As the HPLC measurement conditions, an ODS column was used, and a 0.02% TFA / acetonitrile mixture (85:15) (volume ratio) was used as the mobile phase. The details of the operation were measured at a detection wavelength of 305 nm according to the attached instruction manual.

イオン液体での糖化反応におけるイミダゾリウム塩添加の影響を図11に示す。最終イミダゾール濃度がわずか0.1%であっても、糖化効率は20%以下に低下した。また、最終イミダゾリウム濃度が、1.0%、5.0%の場合では、全く糖化反応が進行しなかった。このことから、イミダゾリウム系イオン液体における糖化反応において、イミダゾールの遊離によりpHがシフトし糖化効率が低減してしまうが、その場合はpHを調整する手段を増強することによって初めて克服できることが明らかになった。   The influence of imidazolium salt addition on the saccharification reaction with an ionic liquid is shown in FIG. Even when the final imidazole concentration was only 0.1%, the saccharification efficiency decreased to 20% or less. In addition, when the final imidazolium concentration was 1.0% or 5.0%, the saccharification reaction did not proceed at all. From this, in the saccharification reaction in an imidazolium-based ionic liquid, the pH shifts due to the release of imidazole and the saccharification efficiency is reduced. became.

本発明のセルロースの処理方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the processing method of the cellulose of this invention. 本発明のセルロース分解産物の生産方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the production method of the cellulose degradation product of this invention. 実施例1におけるセルロースの糖への転化率の測定結果を示す図である。図3(a)は、媒体中のグルコース量に基づいたグルコースへの転化率を示す図であり、図3(b)は、媒体中のセロビオース量に基づいたセロビオースへの転化率を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the conversion ratio of the cellulose to the saccharide | sugar in Example 1. FIG. 3A is a diagram showing the conversion rate to glucose based on the amount of glucose in the medium, and FIG. 3B is a diagram showing the conversion rate to cellobiose based on the amount of cellobiose in the medium. is there. 実施例2におけるセルロースの糖への転化率の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the conversion rate of the cellulose to the saccharide | sugar in Example 2. 実施例3におけるセルロースの糖への転化率とセルラーゼ濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the conversion rate of the cellulose to the saccharide | sugar in Example 3, and a cellulase concentration. 実施例4における各種セルラーゼ濃度におけるセルロースの糖への転化率を示すグラフである。6 is a graph showing the conversion rate of cellulose to sugar at various cellulase concentrations in Example 4. 実施例4におけるセルロースの糖への転化率とセルラーゼ濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the conversion rate of the cellulose to the saccharide | sugar in Example 4, and a cellulase concentration. 実施例6におけるセルロースの糖(グルコース及びセロビオース)への変換効率を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency to the saccharide | sugar (glucose and cellobiose) of the cellulose in Example 6. 実施例7におけるセルロースの糖(グルコース及びセロビオース)への変換効率を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency to the saccharide | sugar (glucose and cellobiose) of the cellulose in Example 7. 実施例8におけるセルロースの糖(グルコース及びセロビオース)への変換効率を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency to the saccharide | sugar (glucose and cellobiose) of the cellulose in Example 8. 実施例9におけるセルロースの糖(グルコース及びセロビオース)への変換効率を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency to the saccharide | sugar (glucose and cellobiose) of the cellulose in Example 9.

Claims (28)

セルロース含有材料の処理方法であって、
前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、
可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を所定量加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、
を備える、処理方法。
A method for treating a cellulose-containing material,
Preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized;
A cellulase in which cellulase can exhibit enzyme activity by adding a predetermined amount of a poor solvent in relation to the cellulose to the ionic liquid containing the solubilized cellulose, the ionic liquid and the poor solvent. Forming a working environment;
A processing method comprising:
前記セルラーゼ作用環境は、セルロースの少なくとも一部が析出されている、請求項1に記載の処理方法。   The treatment method according to claim 1, wherein at least a part of cellulose is deposited in the cellulase working environment. 前記セルラーゼ作用環境形成工程において又は当該工程に先立って、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に前記貧溶媒を加えて、前記セルロースを析出させる、請求項2に記載の処理方法。   The processing method according to claim 2, wherein the cellulose is precipitated by adding the poor solvent to the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the cellulase working environment forming step or prior to the step. 前記セルラーゼ作用環境のpHを制御することを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の処理方法。   The processing method in any one of Claims 1-3 including controlling the pH of the said cellulase working environment. 前記貧溶媒として、前記イオン液体を前記貧溶媒と混合したとき、前記セルラーゼが作用するのに好ましい好適pHからのシフトを補正する調整能力又は好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いる、請求項4に記載の処理方法。   As the poor solvent, when the ionic liquid is mixed with the poor solvent, the poor solvent has an adjustment ability to correct a shift from a preferred pH preferable for the cellulase to act, or an adjustment ability to suppress pH fluctuation with respect to the preferred pH. The processing method according to claim 4, wherein: 前記イオン液体は、カルボン酸系のアニオン、ハロゲン系アニオン及びリン酸系アニオンから選択されるアニオンと、イミダゾリウム系カチオンと、を構成イオンとするイオン液体である、請求項4又は5に記載の処理方法。   6. The ionic liquid according to claim 4, wherein the ionic liquid is an ionic liquid having an anion selected from a carboxylic acid anion, a halogen anion, and a phosphate anion and an imidazolium cation as constituent ions. Processing method. 前記アニオンは、ハロゲン系アニオンである、請求項6に記載の処理方法。   The processing method according to claim 6, wherein the anion is a halogen-based anion. セルロース分解産物の生産方法であって、
前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、
可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を所定量加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、
前記セルラーゼを含む前記セルラーゼ作用環境下でセルロースを分解する工程と、
を備える、生産方法。
A method for producing a cellulose degradation product,
Preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized;
A cellulase in which cellulase can exhibit enzyme activity by adding a predetermined amount of a poor solvent in relation to the cellulose to the ionic liquid containing the solubilized cellulose, the ionic liquid and the poor solvent. Forming a working environment;
Decomposing cellulose in the cellulase working environment containing the cellulase;
A production method comprising:
前記セルラーゼ作用環境は、セルロースの少なくとも一部が析出されている、請求項9に記載の生産方法。   The production method according to claim 9, wherein at least a part of cellulose is deposited in the cellulase working environment. 前記セルラーゼ作用環境形成工程において又は当該工程に先立って、可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に前記貧溶媒を加えて、前記セルロースを析出させる、請求項9に記載の生産方法。   The production method according to claim 9, wherein the cellulose is precipitated by adding the poor solvent to the ionic liquid containing the solubilized cellulose in the cellulase working environment formation step or prior to the step. 前記セルラーゼ作用環境は、前記イオン液体に対して体積比で前記貧溶媒を1.5倍以上含む、請求項8〜10のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to any one of claims 8 to 10, wherein the cellulase working environment contains the poor solvent in a volume ratio of 1.5 times or more with respect to the ionic liquid. 前記貧溶媒は、水性媒体である、請求項8〜11のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 8, wherein the poor solvent is an aqueous medium. 前記貧溶媒は、水又は緩衝液である、請求項12に記載の生産方法。   The production method according to claim 12, wherein the poor solvent is water or a buffer solution. 前記貧溶媒は、セルラーゼを含有する、請求項8〜13のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 8, wherein the poor solvent contains cellulase. 前記イオン液体は非ハロゲン系である、請求項8〜14のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 8, wherein the ionic liquid is non-halogen. 前記イオン液体は、リン酸系アニオン又はカルボン酸系アニオンを含む、請求項8〜15のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 8, wherein the ionic liquid contains a phosphate anion or a carboxylic acid anion. 前記イオン液体は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンを含む、請求項8〜16のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to any one of claims 8 to 16, wherein the ionic liquid contains 1-ethyl-3-methylimidazolium cation. 前記セルラーゼは、Trichoderma属又はAspergillusis属由来のセルラーゼを含む、請求項8〜17のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to any one of claims 8 to 17, wherein the cellulase includes a cellulase derived from the genus Trichoderma or Aspergillusis. 前記貧溶媒として、前記イオン液体を前記貧溶媒と混合したとき、前記セルラーゼが作用するのに好ましい好適pHからのシフトを補正する調整能力又は好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いる、請求項8〜18のいずれかに記載の生産方法。   As the poor solvent, when the ionic liquid is mixed with the poor solvent, the poor solvent has an adjustment ability to correct a shift from a preferred pH preferable for the cellulase to act, or an adjustment ability to suppress pH fluctuation with respect to the preferred pH. The production method according to any one of claims 8 to 18, wherein 前記イオン液体は、カルボン酸系のアニオン、ハロゲン系アニオン及びリン酸系アニオンから選択されるアニオンと、イミダゾリウム系カチオンと、を構成イオンとするイオン液体である、請求項19に記載の生産方法。   20. The production method according to claim 19, wherein the ionic liquid is an ionic liquid having an anion selected from a carboxylic acid anion, a halogen anion, and a phosphate anion and an imidazolium cation as constituent ions. . 前記アニオンは、ハロゲン系アニオンである、請求項20に記載の生産方法。   The production method according to claim 20, wherein the anion is a halogen-based anion. セルロースの糖化方法であって、
前記セルロース含有材料中のセルロースが可溶化されたイオン液体を準備する工程と、
可溶化された前記セルロースを含む前記イオン液体に、前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒を所定量加えて、前記イオン液体と前記貧溶媒とを含み、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成する工程と、
を備える、糖化方法。
A method for saccharification of cellulose,
Preparing an ionic liquid in which cellulose in the cellulose-containing material is solubilized;
A cellulase in which cellulase can exhibit enzyme activity by adding a predetermined amount of a poor solvent in relation to the cellulose to the ionic liquid containing the solubilized cellulose, the ionic liquid and the poor solvent. Forming a working environment;
A saccharification method comprising:
前記貧溶媒として、前記イオン液体を前記貧溶媒と混合したとき、前記セルラーゼが作用するのに好ましい好適pHからのシフトを補正する調整能力又は好適pHに対するpH変動を抑制する調整能力を有する貧溶媒を用いる、請求項22に記載の糖化方法。   As the poor solvent, when the ionic liquid is mixed with the poor solvent, the poor solvent has an adjustment ability to correct a shift from a preferred pH preferable for the cellulase to act, or an adjustment ability to suppress pH fluctuation with respect to the preferred pH. The saccharification method according to claim 22, wherein セルロース分解用媒体であって、
セルロースを可溶化可能なイオン液体と、
前記セルロースに関し前記イオン液体との関係において貧溶媒であって、前記イオン液体の共存下、セルラーゼが酵素活性を発揮できるセルラーゼ作用環境を形成できる程度の量の前記貧溶媒と、
を含む、分解用媒体。
A cellulolytic medium,
An ionic liquid capable of solubilizing cellulose;
The poor solvent in relation to the ionic liquid with respect to the cellulose, and in the presence of the ionic liquid, the poor solvent in an amount sufficient to form a cellulase working environment in which cellulase can exhibit enzyme activity;
A medium for decomposition, including
さらに、前記イオン液体により少なくとも一旦可溶化されたセルロースを含む、請求項24に記載の分解用媒体。   The decomposition medium according to claim 24, further comprising cellulose solubilized at least once by the ionic liquid. 前記セルロースの少なくとも一部は析出されている、請求項25に記載の分解用媒体。   26. The decomposition medium according to claim 25, wherein at least a part of the cellulose is precipitated. さらに、セルラーゼを含む、請求項24〜26のいずれかに記載の分解用媒体。   The decomposition medium according to any one of claims 24 to 26, further comprising cellulase. 酵素反応媒体であって、
基質を可溶化可能なイオン液体と、
前記基質に関し前記イオン液体との関係において貧溶媒であって、前記イオン液体の共存下、前記酵素がその酵素活性を発揮できる酵素作用環境を形成できる程度の量の貧溶媒と、
を含む、反応媒体。
An enzyme reaction medium,
An ionic liquid capable of solubilizing the substrate;
An anti-solvent in relation to the ionic liquid with respect to the substrate, and in the presence of the ionic liquid, an anti-solvent in an amount sufficient to form an enzyme working environment in which the enzyme can exert its enzymatic activity;
A reaction medium.
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