JP2009263481A - Method for producing depolymerized polysaccharide - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、多糖類を分解した多糖解重合物の析出物を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a precipitate of a polysaccharide depolymerized product obtained by decomposing a polysaccharide.
多糖類であるセルロース、澱粉、キシラン、グルコマンナン、キチン、キトサンやそれらを含むパルプ、木材、稲わら、バガスなどのバイオマス原料を、酸や酵素等により分解し、分子量の小さい多糖解重合物として利用することが一般に行われている。この多糖解重合物は、分解しただけでは溶液の中に混在しているので、多糖解重合物を精製したり、溶液中から多糖解重合物を取り出したりするための種々の方法が検討されている。その方法としては、Ｃ１からＣ４までの親水性アルコールや、プロパノンやメチルエチルケトンなどの有機溶媒を多糖解重合物の溶液に添加することで、多糖解重合物を沈殿させ、溶液を相分離させて、重合度の違いにより精製した溶液を得ることが知られている。 Polysaccharides such as cellulose, starch, xylan, glucomannan, chitin, chitosan and biomass materials such as pulp, wood, rice straw and bagasse are decomposed with acids, enzymes, etc. to produce polysaccharide depolymers with low molecular weight It is generally used. Since this polysaccharide depolymerized product is mixed in the solution only by being decomposed, various methods for purifying the polysaccharide depolymerized product and taking out the polysaccharide depolymerized product from the solution have been studied. Yes. As the method, C1 to C4 hydrophilic alcohol, and organic solvents such as propanone and methyl ethyl ketone are added to the polysaccharide depolymerized solution to precipitate the polysaccharide depolymerized product, and the solution is phase-separated. It is known to obtain a purified solution due to the difference in the degree of polymerization.
例えば、特許文献１には、セルロースを濃塩酸と濃硫酸との混合溶液、又は濃蟻酸と濃硫酸の混合溶液中で処理した後、その溶液にアセトン、メタノール、エタノールなどを添加して、多糖解重合物を沈殿させることで酸と分離する方法が記載されている（第２頁左欄２５行目〜３３行目）。 For example, in Patent Document 1, after treating cellulose in a mixed solution of concentrated hydrochloric acid and concentrated sulfuric acid or a mixed solution of concentrated formic acid and concentrated sulfuric acid, acetone, methanol, ethanol or the like is added to the solution, and polysaccharides are added. A method is described in which the depolymerized product is separated from the acid by precipitation (page 2, left column, lines 25 to 33).
特許文献２には、多糖解重合物の中でも分子量の小さいオリゴ糖を精製するために、炭素数の多いアルコールを加えることが記載されており、そのようなアルコールの例としてイソプロパノール、ブタノール等が挙げられている（第３頁右上欄）。多糖解重合物の溶液にこれらのアルコールを加えると、高重合度成分が沈殿、析出し、そのまま静置すると、オリゴ糖等の濃度が向上した上層と、高重合度成分の濃度が向上した下層とに分離できる。 Patent Document 2 describes that an alcohol having a large number of carbon atoms is added in order to purify an oligosaccharide having a low molecular weight among polysaccharide depolymerized products. Examples of such alcohol include isopropanol and butanol. (Upper right column on page 3). When these alcohols are added to the polysaccharide depolymerized solution, a high polymerization degree component precipitates and precipitates, and when left as it is, an upper layer in which the concentration of oligosaccharides is improved and a lower layer in which the concentration of the high polymerization degree component is improved And can be separated.
特許文献３には、多糖解重合物であるオリゴ糖類含有シロップにメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール類やプロパノン、メチルエチルケトン等のケトン類などの有機溶媒を添加し、一旦加熱した後で、冷却させることにより、液層を、単糖類や二糖類の多い上層と、三糖類以上のオリゴ糖が多く含まれる下層とに分離して、下層を取り出すことにより、三糖類以上のオリゴ糖類含有率を向上させる方法が記載されている。 In Patent Document 3, an organic solvent such as alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and butanol, and ketones such as propanone and methyl ethyl ketone are added to an oligosaccharide-containing syrup which is a polysaccharide depolymerized product, and once heated, By cooling, the liquid layer is separated into an upper layer rich in monosaccharides and disaccharides and a lower layer rich in oligosaccharides higher than trisaccharides, and by taking out the lower layer, the content of oligosaccharides higher than trisaccharides A method of improving the above is described.
しかしながら、特許文献１及び２のように、多糖解重合物の水溶液に、炭素数が１〜４の、親水性であるアルコールを添加した場合には、特許文献２に記載のように、多糖解重合物のうち高重合度成分を沈殿させることができても、単糖類や二糖類などの低重合度成分は水溶液中に溶解したままで、析出物として得ることは難しかった。特許文献３の方法では、重合度ごとのシロップに分離することはできても、それらを全て析出物として得るには別の工程が必要であった。 However, when a hydrophilic alcohol having 1 to 4 carbon atoms is added to an aqueous solution of a polysaccharide depolymerized product as in Patent Documents 1 and 2, a polysaccharide solution as described in Patent Document 2 is used. Even if the high polymerization degree component of the polymer can be precipitated, the low polymerization degree component such as monosaccharide or disaccharide remains dissolved in the aqueous solution and is difficult to obtain as a precipitate. In the method of Patent Document 3, although it can be separated into syrups for each degree of polymerization, another process is required to obtain all of them as precipitates.
これに対して、炭素数が５以上である疎水性アルコールを添加すると、重合度の低い多糖解重合物も析出させることは可能である。この析出は、多糖解重合物が溶解している水溶液が、疎水性アルコールと相溶することで、多糖解重合物を溶かしておくことができなくなることで起こる。しかし、これらの疎水性アルコールは水との相溶性が低いため、多糖解重合物の水溶液から充分な量の多糖解重合物を析出させるには、大量の疎水性アルコールを添加する必要があった。 On the other hand, when a hydrophobic alcohol having 5 or more carbon atoms is added, it is possible to precipitate a polysaccharide depolymerized product having a low polymerization degree. This precipitation occurs when an aqueous solution in which the polysaccharide depolymerized product is dissolved is compatible with the hydrophobic alcohol, so that the polysaccharide depolymerized product cannot be dissolved. However, since these hydrophobic alcohols have low compatibility with water, it was necessary to add a large amount of hydrophobic alcohol in order to precipitate a sufficient amount of the polysaccharide depolymerized product from the aqueous solution of the polysaccharide depolymerized product. .
そこでこの発明は、多糖類を分解した多糖解重合物を製造するにあたり、疎水性アルコールの使用量を抑えつつ、多糖解重合物の水溶液から重合度に拘わらず多糖解重合物を十分に析出させて、多糖解重合物の回収率を向上させることを目的とする。 Therefore, in the production of a polysaccharide depolymerized product obtained by decomposing a polysaccharide, the present invention sufficiently precipitates the polysaccharide depolymerized product from an aqueous solution of the polysaccharide depolymerized product regardless of the degree of polymerization while suppressing the use amount of the hydrophobic alcohol. Thus, an object is to improve the recovery rate of the polysaccharide depolymerized product.
この発明は、多糖解重合物の水溶液を、酸を含む酸水溶液とし、この酸水溶液に炭素数５〜８である疎水性アルコールを添加して前記酸水溶液と前記疎水性アルコールを相溶させることで、前記多糖解重合物を析出させて、上記の課題を解決したのである。 In the present invention, an aqueous solution of a polysaccharide depolymerized product is an acid aqueous solution containing an acid, and a hydrophobic alcohol having 5 to 8 carbon atoms is added to the acid aqueous solution to make the acid aqueous solution and the hydrophobic alcohol compatible. Thus, the above-mentioned problem was solved by precipitating the polysaccharide depolymerized product.
この解決手段は、炭素数５〜８の疎水性アルコールが有する、新たに見出した性質を利用している。その性質とは、これらの疎水性アルコールは、純水や希酸との相溶性は低いが、濃酸の酸水溶液に対しては、相溶性が大きく向上するというものである。このため、多糖解重合物が溶解している水溶液を十分な濃度の酸水溶液にすると、従来、析出のために水と相溶させるのに要した疎水性アルコールの量に比べて十分に少ない量の疎水性アルコールで、酸水溶液と相溶させて、酸水溶液に溶解している多糖解重合物のほとんどを析出させることができる。 This solution utilizes the newly found properties of hydrophobic alcohols having 5 to 8 carbon atoms. The property is that these hydrophobic alcohols have low compatibility with pure water and dilute acid, but greatly improve the compatibility with an acid aqueous solution of concentrated acid. For this reason, when the aqueous solution in which the polysaccharide depolymerized product is dissolved is made into an acid aqueous solution having a sufficient concentration, the amount is sufficiently smaller than the amount of the hydrophobic alcohol conventionally required to be compatible with water for precipitation. In this case, most of the polysaccharide depolymerized product dissolved in the aqueous acid solution can be precipitated.
この発明で用いる酸としては、特に限定されないが、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、蟻酸を用いることができる。これらの酸が、水と酸との質量比が８０：２０〜１５：８５程度の濃酸であると、多糖解重合物の析出が十分に可能である程度に疎水性アルコールへの溶解度が高いものとなり、上記疎水性アルコールとの相溶性が十分に向上するものとなる。 The acid used in the present invention is not particularly limited, but sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, and formic acid can be used. When these acids are concentrated acids having a water to acid mass ratio of about 80:20 to 15:85, the polysaccharide depolymerized product can be sufficiently precipitated, and the solubility in hydrophobic alcohol is high to some extent Thus, the compatibility with the hydrophobic alcohol is sufficiently improved.
また、酸として塩酸を用いることもできるが、その場合は上記の酸とは異なり、多糖解重合物の水溶液に含まれる塩化水素の量を、水と塩化水素との質量比が９０：１０〜６３：３７とすることで、上記疎水性アルコールへの溶解度が高いものとなり、上記疎水性アルコールとの相溶性が十分に向上して、多糖解重合物の析出が可能となる。 In addition, hydrochloric acid can be used as the acid. In this case, unlike the above-described acid, the amount of hydrogen chloride contained in the aqueous solution of the polysaccharide depolymerized product is adjusted so that the mass ratio of water to hydrogen chloride is 90:10 to 10. By setting the ratio to 63:37, the solubility in the hydrophobic alcohol becomes high, the compatibility with the hydrophobic alcohol is sufficiently improved, and the polysaccharide depolymerized product can be precipitated.
この発明により、セルロース等の多糖類を分解した多糖解重合物の析出物を、単糖類や二糖類などの重合度の低いものも含めて、効率よく析出させて回収することができる。従来の方法よりも使用する疎水性アルコールの量を抑えることが出来、より小さい装置での実施が可能となる。 According to the present invention, precipitates of polysaccharide depolymerized products obtained by decomposing polysaccharides such as cellulose can be efficiently precipitated and recovered, including those having a low degree of polymerization such as monosaccharides and disaccharides. The amount of the hydrophobic alcohol to be used can be suppressed as compared with the conventional method, and the implementation with a smaller apparatus becomes possible.
以下、この発明について詳細に説明する。
この発明は、多糖類を分解した多糖解重合物の水溶液から、多糖解重合物の析出物を得る製造方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
This invention is a production method for obtaining a precipitate of a polysaccharide depolymerized product from an aqueous solution of the polysaccharide depolymerized product obtained by decomposing the polysaccharide.
原料として用いる上記の多糖類とは、グルコースなどの単糖類が２つ以上重合したものをいい、セルロース、澱粉、キシラン、グルコマンナン、キチン、キトサンやそれらを含むパルプ、木材、古紙、稲わら、バガスなどのバイオマス原料などが挙げられる。これらはいわゆるバイオマス燃料として使用可能なものである。この発明ではこれら多糖類を分解して、単糖類、二糖類、又は三糖類以上の糖類であって、元の多糖類より重合度が低下した多糖解重合物を得る。多糖類を分解する方法としては、酸、酵素、超臨界水や亜臨界水を用いる方法などが挙げられる。 The above-mentioned polysaccharide used as a raw material refers to a polymer in which two or more monosaccharides such as glucose are polymerized. Cellulose, starch, xylan, glucomannan, chitin, chitosan and pulp containing them, wood, waste paper, rice straw, Examples include biomass raw materials such as bagasse. These can be used as so-called biomass fuels. In this invention, these polysaccharides are decomposed to obtain a polysaccharide depolymerized product that is a monosaccharide, disaccharide, or trisaccharide or higher saccharide and has a lower degree of polymerization than the original polysaccharide. Examples of the method for decomposing the polysaccharide include a method using an acid, an enzyme, supercritical water or subcritical water.
上記多糖類の分解に用いる酸としては、上記多糖解重合物の酸水溶液とすることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、酢酸、蟻酸などが挙げられる。一定量のアルコールに対するそれぞれの酸水溶液の濃度の差による溶解量を測定すると、上記の酸の中でも硫酸及びリン酸が濃度による溶解度の変化が顕著であり、特にこれらを好適に用いることができる。ただし、炭素数が３以上である有機酸は、疎水性が高くなりすぎて、他の酸と同様の挙動を示さず、析出が不十分になる可能性があるため、好ましくない。 The acid used for the decomposition of the polysaccharide is not particularly limited as long as it can be an acid aqueous solution of the polysaccharide depolymerized product. For example, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, formic acid Etc. When the amount of dissolution due to the difference in concentration of each acid aqueous solution with respect to a certain amount of alcohol is measured, sulfuric acid and phosphoric acid have remarkable changes in solubility depending on the concentration among the above-mentioned acids, and these can be particularly preferably used. However, organic acids having 3 or more carbon atoms are not preferable because they are too hydrophobic, do not exhibit the same behavior as other acids, and may cause insufficient precipitation.
上記多糖類の分解に用いる酵素としては、糖のグリコシド結合を切断できるものであればよく、例えばアミラーゼやセルラーゼ、ヘミセルラーゼ等が挙げられる。 The enzyme used for the degradation of the polysaccharide may be any enzyme that can cleave the glycosidic bond of the sugar, and examples thereof include amylase, cellulase, hemicellulase and the like.
上記多糖解重合物を水溶液から析出させるにあたっては、まず、当該水溶液を、水と酸との質量比が８０：２０〜１５：８５である酸水溶液とする。８０：２０よりも水が多いと、後述する疎水性アルコールに対する溶解度を向上させる効果が不十分である。一方、１５：８５よりも酸が多いと、酸によっては不具合が生じるおそれがある。硫酸を用いる場合は、水と酸との質量比が２０：８０よりも酸過剰であると、生成した多糖解重合物が過分解を起こし、収率が低下する場合がある。ただし、リン酸の場合は通常試薬の濃度である８５質量％（水と酸との質量比１５：８５）でも多糖解重合物の過分解が起こらず、加水分解を行うことができる。なお、上記酸として硫酸、リン酸を用いる場合、６０：４０よりも酸が多い酸水溶液とすると、十分に疎水性アルコールと相溶可能となるのでより好ましい。 In order to precipitate the polysaccharide depolymerized product from the aqueous solution, first, the aqueous solution is made into an acid aqueous solution having a mass ratio of water and acid of 80:20 to 15:85. When there is more water than 80:20, the effect which improves the solubility with respect to the hydrophobic alcohol mentioned later is inadequate. On the other hand, when there is more acid than 15:85, there exists a possibility that a malfunction may arise depending on an acid. In the case of using sulfuric acid, if the mass ratio of water and acid is more than 20:80, the produced polysaccharide depolymerized product may be excessively decomposed and the yield may be lowered. However, in the case of phosphoric acid, even when the concentration of the reagent is usually 85% by mass (mass ratio of water and acid: 15:85), the polysaccharide depolymerized product does not undergo excessive decomposition and can be hydrolyzed. When sulfuric acid or phosphoric acid is used as the acid, an acid aqueous solution containing more acid than 60:40 is more preferable because it can be sufficiently compatible with a hydrophobic alcohol.
水と酸との質量比を上記の範囲とするには、一旦多糖類を分解して上記の多糖解重合物の水溶液を得た後で上記の酸を添加して前記の範囲の質量比としてもよいし、多糖類を分解し多糖解重合物を得る段階で前記の範囲の質量比としておいてもよい。 To make the mass ratio of water and acid within the above range, once the polysaccharide is decomposed to obtain an aqueous solution of the above polysaccharide depolymerized product, the above acid is added to obtain the mass ratio within the above range. Alternatively, the mass ratio in the above range may be set at the stage of degrading the polysaccharide to obtain a polysaccharide depolymerized product.
ただし、上記酸として塩酸を用いる場合は、当該水溶液を１０質量％以上３７質量％以下の酸水溶液（水と酸との質量比が９０：１０〜６３：３７である。）とする。これは、塩酸を構成する塩化水素が他の酸よりも薄い１０質量％以上で、後述する疎水性アルコールに対する溶解度の著しい上昇を起こすためである。なお、３７質量％は塩化水素の飽和濃度である。 However, when hydrochloric acid is used as the acid, the aqueous solution is an aqueous acid solution having a mass ratio of 10% to 37% by mass (the mass ratio of water to acid is 90:10 to 63:37). This is because the hydrogen chloride constituting hydrochloric acid is thinner than other acids by 10% by mass or more, and the solubility in a hydrophobic alcohol described later is significantly increased. In addition, 37 mass% is a saturated concentration of hydrogen chloride.
上記の範囲の質量比とした酸水溶液に、炭素数５〜８である疎水性アルコールを添加して、上記の範囲の質量比である酸水溶液と相溶させる。酸の割合が低い酸水溶液は、上記疎水性アルコールとの相溶性が低いが、上記に示す範囲の十分に高い酸濃度である酸水溶液であれば、上記疎水性アルコールとの相溶性が高い。上記疎水性アルコールと相溶していくに従って、酸水溶液は含有する上記多糖解重合物を溶解し続けていることができなくなり、上記多糖解重合物が析出していく。 A hydrophobic alcohol having 5 to 8 carbon atoms is added to the acid aqueous solution having a mass ratio in the above range, and is compatible with the acid aqueous solution having a mass ratio in the above range. An acid aqueous solution having a low acid ratio has low compatibility with the hydrophobic alcohol. However, an acid aqueous solution having a sufficiently high acid concentration within the above-described range has high compatibility with the hydrophobic alcohol. As the aqueous solution becomes compatible with the hydrophobic alcohol, the aqueous acid solution cannot continue to dissolve the polysaccharide depolymerized product contained therein, and the polysaccharide depolymerized product is precipitated.
上記の疎水性アルコールの疎水性であるとは、具体的には、その疎水性アルコールに対する純水の溶解度が１０質量％以下であることをいい、水と酸との質量比が８０：２０より酸過剰である酸水溶液（塩酸の場合は、水と酸との質量比が９０：１０より酸過剰である酸水溶液）の溶解度が１０質量％以上であるものを、この発明で用いることができる。その中でも、水と酸との質量比が６０：４０（塩酸の場合は８０：２０）よりも酸過剰である酸水溶液の溶解度が、３０質量％以上であると、特に多糖解重合物を析出させやすくなりより好ましい。また、上記疎水性アルコールは、極性が低いものであるのが好ましい。極性が高くなると、多糖解重合物が疎水性アルコールにも溶解しやすくなるため、析出物の収率が低下してしまう場合があるからである。このため、２価アルコールよりも１価アルコールの方が好ましく、第２級アルコールよりも第１級アルコールの方が好ましい。 The hydrophobicity of the hydrophobic alcohol specifically means that the solubility of pure water in the hydrophobic alcohol is 10% by mass or less, and the mass ratio of water and acid is from 80:20. An acid aqueous solution having an acid excess (in the case of hydrochloric acid, an acid aqueous solution in which the mass ratio of water to acid is more acid than 90:10) has a solubility of 10% by mass or more can be used in the present invention. . Among these, when the mass ratio of water to acid is 60:40 (80:20 in the case of hydrochloric acid), the acid aqueous solution has a solubility of 30% by mass or more, particularly when the polysaccharide depolymerized product is precipitated. It is easier to make it easier to do. Moreover, it is preferable that the said hydrophobic alcohol is a thing with low polarity. This is because when the polarity is increased, the polysaccharide depolymerized product is easily dissolved in the hydrophobic alcohol, so that the yield of the precipitate may be lowered. For this reason, monohydric alcohols are preferred over dihydric alcohols, and primary alcohols are preferred over secondary alcohols.
上記疎水性アルコールの炭素数は、５〜８の範囲であることが必要であり、炭素数が５〜６であるとより好ましい。具体的には，１−ペンタノール、１−ヘキサノール、１−オクタノールなどが挙げられる。炭素数が多い方が疎水性アルコールの極性が低くなるために、析出させる上記多糖解重合物の回収量が多くなる。しかし、炭素数が８を超えると十分に極性が低くなるため、析出させる上記多糖解重合物の回収量の向上はほとんど見込めない。一方、極性が低くなる、すなわち疎水性が高くなると、その分上記多糖解重合物を析出させる際に必要となる上記疎水性アルコールの量が多くなってしまうという問題がある。このため、上記多糖解重合物の析出と疎水性アルコールの使用量を総合すると、上記疎水性アルコールとして炭素数５の１−ペンタノール又は炭素数６の１−ヘキサノールを用いるのが最も好ましい。なお、炭素数が１０のデカノールでは、融点が常温に近づき、固体化しやすく、この発明の実施に差し支える場合があり、炭素数が１０を超えるアルコールではこの発明の実施が極めて難しくなる。 The number of carbon atoms of the hydrophobic alcohol needs to be in the range of 5 to 8, and more preferably 5 to 6. Specific examples include 1-pentanol, 1-hexanol, and 1-octanol. The higher the number of carbon atoms, the lower the polarity of the hydrophobic alcohol, so that the amount of recovered polysaccharide depolymerized product to be precipitated increases. However, when the number of carbon atoms exceeds 8, the polarity becomes sufficiently low, so that the recovery amount of the polysaccharide depolymerized product to be precipitated is hardly expected. On the other hand, when the polarity is lowered, that is, the hydrophobicity is increased, there is a problem that the amount of the hydrophobic alcohol necessary for precipitating the polysaccharide depolymerized product increases accordingly. Therefore, when the precipitation of the polysaccharide depolymerized product and the amount of the hydrophobic alcohol used are combined, it is most preferable to use 1-pentanol having 5 carbon atoms or 1-hexanol having 6 carbon atoms as the hydrophobic alcohol. In the case of decanol having 10 carbon atoms, the melting point approaches normal temperature and is easily solidified, which may impede the implementation of the present invention, and the implementation of the present invention is extremely difficult for alcohols having more than 10 carbon atoms.
上記酸水溶液に上記疎水性アルコールを加えて析出させた上記多糖解重合物の析出物は、濾過、遠心分離等の一般的な固液分離法により、酸水溶液と上記疎水性アルコールの混合溶液から分離して回収することができる。ただし、この析出物には、多糖解重合物以外の不純物が含まれる場合がある。この不純物は原料となる多糖類の種類によって異なるが、例えば多糖類を含むバイオマス原料として木材を用いた場合におけるリグニンのような、水に不溶性の不純物である。上記析出物がこのような不純物を多く含む場合は、得られた析出物に水を添加して、多糖解重合物を一旦溶解させた後、水に溶解しない不純物を濾過などで固液分離する。分離した後の溶液に、再度酸を添加して水と酸との質量比を８０：２０よりも酸過剰にした後、再度上記疎水性アルコールを添加して上記多糖解重合物を析出させることにより、純度の高い上記多糖解重合物の析出物を得ることができる。なお、得られた上記多糖解重合物の析出物が水分を多く含有している場合には、炭素数４以下の親水性アルコールを添加して洗浄することにより、多糖解重合物の回収率を損なうことなく脱水を行うことができる。 The polysaccharide depolymerized product deposited by adding the hydrophobic alcohol to the acid aqueous solution is separated from the mixed solution of the acid aqueous solution and the hydrophobic alcohol by a general solid-liquid separation method such as filtration or centrifugation. It can be separated and recovered. However, this precipitate may contain impurities other than the polysaccharide depolymerized product. Although this impurity changes with kinds of polysaccharide used as a raw material, it is an insoluble impurity such as lignin in the case of using wood as a biomass raw material containing a polysaccharide, for example. When the precipitate contains a large amount of such impurities, water is added to the obtained precipitate to dissolve the polysaccharide depolymerized product once, and then the impurities that do not dissolve in water are solid-liquid separated by filtration or the like. . After the acid is added again to the separated solution to make the mass ratio of water and acid more than 80:20, the hydrophobic alcohol is added again to precipitate the polysaccharide depolymerized product. As a result, a precipitate of the polysaccharide depolymerized product with high purity can be obtained. In addition, when the obtained precipitate of the polysaccharide depolymerized product contains a large amount of moisture, the recovery rate of the polysaccharide depolymerized product can be improved by adding a hydrophilic alcohol having 4 or less carbon atoms and washing. Dehydration can be performed without loss.
こうして得られた上記多糖解重合物の析出物は、単糖類、二糖類、三糖類以上のオリゴ糖などからなり、原料の多糖類に比して高い収率でこれらの上記多糖解重合物を得ることができる。この析出物はバイオマスとしてそのまま利用してもよいし、さらに発酵等を行い、バイオエタノールの製造に用いてもよい。 The precipitates of the polysaccharide depolymerized product thus obtained are composed of monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides higher than trisaccharides, etc., and these polysaccharide depolymerized products are obtained in a higher yield than the raw material polysaccharides. Obtainable. This precipitate may be used as it is as biomass, or may be further fermented and used for bioethanol production.
以下、この発明についての具体例を挙げて説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
（参考例１）
まず、参考例として、酸として硫酸を用いた場合に、水との質量比によってアルコールへの溶解度がどのように変化するかを示す。
(Reference Example 1)
First, as a reference example, when sulfuric acid is used as an acid, it will be shown how the solubility in alcohol changes depending on the mass ratio with water.
本参考例で用いるアルコールの詳細を以下に示す。
・１−ペンタノール（ナカライテスク（株）製：特級）
・１−ヘキサノール（ナカライテスク（株）製：特級）
・１−オクタノール（ナカライテスク（株）製：特級）
・１−デカノール（ナカライテスク（株）製：特級）
これらのアルコール１００ｇに対して、３０℃の環境で濃度の異なる硫酸水溶液が何ｇ溶けるかを溶解度（質量％）として測定した。硫酸としてはナカライテスク（株）製：特級を用いて、１０質量％ずつ濃度を高めていった硫酸水溶液を用意し、溶解度が急激に高まる濃度付近ではより細かい濃度幅で濃度を上げた硫酸水溶液を用いて測定を行った。その結果を図１のグラフ及び表１に示す。
Details of the alcohol used in this reference example are shown below.
・ 1-Pentanol (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: special grade)
・ 1-Hexanol (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: special grade)
・ 1-octanol (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: special grade)
・ 1-Decanol (Nacalai Tesque Co., Ltd .: special grade)
To 100 g of these alcohols, how many g of sulfuric acid aqueous solutions having different concentrations dissolved in an environment of 30 ° C. was measured as solubility (mass%). Sulfuric acid aqueous solution manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: Using a special grade, a sulfuric acid aqueous solution whose concentration was increased by 10% by mass was prepared. Measurement was performed using The results are shown in the graph of FIG.
いずれのアルコールの場合も、１０質量％から２０質量％にかけて溶解度が大きく向上し、特に１−ペンタノールと１−ヘキサノールでその傾向が顕著であった。さらに濃度が高い硫酸水溶液では、５０〜６０質量％付近で急激に溶解度が向上し、溶解度が１２０質量％を超えて、アルコールと酸水溶液とが全部相溶するようになった。 In any alcohol, the solubility was greatly improved from 10% by mass to 20% by mass, and the tendency was particularly remarkable in 1-pentanol and 1-hexanol. Further, in the sulfuric acid aqueous solution having a higher concentration, the solubility rapidly increased in the vicinity of 50 to 60% by mass, and the solubility exceeded 120% by mass, so that the alcohol and the acid aqueous solution were all compatible.
（参考例２）
次に、参考例として、１−ペンタノールに対する酸水溶液の濃度ごとの溶解度の変化を、リン酸、硝酸、塩酸、硫酸について測定した。その結果を図２のグラフ及び表２に示す。
(Reference Example 2)
Next, as a reference example, the change in solubility for each concentration of the acid aqueous solution in 1-pentanol was measured for phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid. The results are shown in the graph of FIG.
塩酸は酸濃度が１０質量％を超えたところで急激に溶解度が向上した。その他の酸は塩酸よりも低いものの、２０〜３０質量％で溶解度が２０質量％を超えるようになり、濃度が上がるほど溶解度が向上する傾向であることが示された。特に硫酸、リン酸は低濃度では他の酸に比べて比較的溶解度が低いものの、途中から急激に溶解度が向上し、硫酸では５０質量％を超えたところ、リン酸では７０質量％を超えたところで完全に1−ペンタノールと相溶するようになった。従って、測定したいずれの酸でも溶解度の差を利用し、少ない疎水性アルコールの添加量で、多糖解重合物の析出が可能であることがわかり、特に高濃度の硫酸、リン酸を用いると溶解度の差が顕著であるのでこの発明に好適であることがわかった。 The solubility of hydrochloric acid rapidly improved when the acid concentration exceeded 10% by mass. Although other acids were lower than hydrochloric acid, the solubility exceeded 20% by mass at 20 to 30% by mass, indicating that the solubility tends to improve as the concentration increases. In particular, although sulfuric acid and phosphoric acid have relatively low solubility compared to other acids at low concentrations, the solubility improved abruptly in the middle, exceeding 50% by mass for sulfuric acid and exceeding 70% by mass for phosphoric acid. By the way, it became completely compatible with 1-pentanol. Therefore, it can be seen that the polysaccharide depolymerized product can be precipitated with a small amount of hydrophobic alcohol added using any difference in the solubility of any acid measured, and especially when high concentrations of sulfuric acid and phosphoric acid are used. It was found that this difference is significant for the present invention.
（実施例１）
多糖類として結晶性セルロース（ＭＥＲＣＫ社製：アビセル）１０ｇを用い、これと７５％硫酸水溶液４０ｇ（水：酸の質量比が２５：７５）とを、４０℃で攪拌しながら３０分間加水分解して、セルロースの解重合物（平均分子量１７００）の酸水溶液を得た。なお、平均分子量の測定はＴＯＳＯＨ製：ＧＰＣ−８０２０により行った。
Example 1
10 g of crystalline cellulose (manufactured by MERCK: Avicel) is used as a polysaccharide, and this is hydrolyzed with 40 g of a 75% sulfuric acid aqueous solution (water: acid mass ratio is 25:75) for 30 minutes while stirring at 40 ° C. Thus, an acid aqueous solution of cellulose depolymerized product (average molecular weight 1700) was obtained. The average molecular weight was measured by GPC-8020 manufactured by TOSOH.
この酸水溶液に１−ヘキサノール８０ｇを添加して攪拌し、セルロース解重合物を沈殿析出させた。この析出物を、濾紙を用いて濾過することにより、１−ヘキサノールと硫酸との混合溶液と固液分離した後、濾紙上に１−ヘキサノールを供給して析出物を洗浄した。その後、減圧乾燥により１−ヘキサノールを除去して得られた析出物を濾紙上から取り出して、セルロースの解重合物９．４ｇ（収率９４％）を得た。 80 g of 1-hexanol was added to this acid aqueous solution and stirred to precipitate a cellulose depolymerized product. The precipitate was filtered using a filter paper to separate it from a mixed solution of 1-hexanol and sulfuric acid, and 1-hexanol was supplied onto the filter paper to wash the precipitate. Thereafter, the precipitate obtained by removing 1-hexanol by drying under reduced pressure was taken out from the filter paper to obtain 9.4 g (yield 94%) of cellulose depolymerized product.
（実施例２）
多糖類としてコーンスターチ（日本コーンスターチ（株）製：含有水分率１２．５％）１１．４ｇ（コーンスターチ固形分：１０ｇ）を、２規定の水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨ７に調整しつつ、２０質量％の水溶液とした。次に酵素としてα−アミラーゼ（ノボザイム社製：ＢＡＮ−２４０Ｌ）をコーンスターチ固形分に対して０．０８４％分添加して、７０℃で１０分間加水分解した。その後、加温して溶液温度９５℃以上で１０分間保持してα−アミラーゼを失活させ、澱粉の解重合物（平均分子量３３００）の溶液を得た。この溶液に８５質量％リン酸（ナカライテスク（株）製：特級）４０ｇを添加し、水とリン酸との質量比が５８：４２である澱粉の解重合物の溶液９０ｇを得た。
(Example 2)
As a polysaccharide, 11.4 g (corn starch solid content: 10 g) of corn starch (manufactured by Nippon Corn Starch Co., Ltd .: moisture content 12.5%) was adjusted to pH 7 by adding a 2N aqueous sodium hydroxide solution to 20 mass. % Aqueous solution. Next, α-amylase (manufactured by Novozyme: BAN-240L) was added as an enzyme in an amount of 0.084% relative to the solid content of corn starch and hydrolyzed at 70 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the mixture was heated and maintained at a solution temperature of 95 ° C. or higher for 10 minutes to inactivate α-amylase to obtain a solution of starch depolymerized product (average molecular weight 3300). To this solution, 40 g of 85% by mass phosphoric acid (manufactured by Nacalai Tesque, Inc .: special grade) was added to obtain 90 g of a starch depolymerized solution having a mass ratio of water and phosphoric acid of 58:42.
この溶液に１−ペンタノール２８６ｇを添加して攪拌し、澱粉の解重合物を沈殿析出させた。この析出物を、濾紙を用いて濾過し、リン酸を含むペンタノール溶液と固液分離した後、１−ペンタノールで洗浄した。洗浄後、減圧乾燥して１−ペンタノールを除去し、澱粉の解重合物９．６ｇ（収率９６％）を得た。 To this solution, 286 g of 1-pentanol was added and stirred to precipitate a starch depolymerized product. The precipitate was filtered using a filter paper, solid-liquid separated from a pentanol solution containing phosphoric acid, and then washed with 1-pentanol. After washing, it was dried under reduced pressure to remove 1-pentanol, to obtain 9.6 g of starch depolymerized product (yield 96%).
（実施例３）
多糖類を含むバイオマス原料として段ボール古紙（セルロース含有率７０％）１０ｇを用い、これと７５質量％硫酸４０ｇ（水：酸の質量比が２５：７５）とを４０℃で攪拌しながら３０分間かけて加水分解し、セルロースの解重合物（平均分子量１１００）を得た。ただし、加水分解反応後の溶液には不溶の残渣が分散しており、ペースト状に近い溶液となった。
(Example 3)
Using 10 g of used corrugated paper (cellulose content: 70%) as a biomass raw material containing polysaccharides, this and 40 g of 75 mass% sulfuric acid (water: acid mass ratio: 25:75) are stirred for 30 minutes at 40 ° C. To obtain a cellulose depolymerized product (average molecular weight 1100). However, an insoluble residue was dispersed in the solution after the hydrolysis reaction, and the solution became a paste-like solution.
第一の回収操作として、この溶液に１−ペンタノール１６０ｇを添加して攪拌し、セルロースの解重合物を沈殿析出させた。ただし、元から不溶の残渣分を含んでいたため、析出した沈殿物と残渣分とが混在した状態となった。この混在した沈殿物を濾過により、硫酸を含む１−ペンタノール溶液と固液分離した後、１−ペンタノールで洗浄した。洗浄後、減圧乾燥して１−ペンタノールを除去し、セルロースの解重合物と残渣分との混合物９．１ｇを得た。 As a first recovery operation, 160 g of 1-pentanol was added to this solution and stirred to precipitate a cellulose depolymerized product. However, since the insoluble residue was originally included, the deposited precipitate and the residue were mixed. This mixed precipitate was solid-liquid separated from the 1-pentanol solution containing sulfuric acid by filtration, and then washed with 1-pentanol. After washing, it was dried under reduced pressure to remove 1-pentanol, and 9.1 g of a mixture of cellulose depolymerized product and residue was obtained.
第二の回収操作として、得られた混合物に水３４ｇを添加して、混合物のうちのセルロースの解重合物のみを再溶解させ、不溶のままの残渣分を濾過により除去して、セルロースの解重合物を６．８ｇ含有するセルロースの解重合物の溶液４１ｇを得た。この溶液に硫酸を４１ｇ添加して、水と酸との質量比が３４：４１＝４５：５５（溶液全体に対しては硫酸濃度５０質量％）となる溶液を８２ｇ得た。この溶液に１−ペンタノール１３７ｇを添加して攪拌し、セルロースの解重合物を析出させた。この析出物を濾過により、硫酸を含む１−ペンタノール溶液と固液分離させ、１−ペンタノールで洗浄した。洗浄後、減圧乾燥させて１−ペンタノールを除去し、セルロースの解重合物６．７ｇ（収率９６％、段ボール古紙中に含有させるセルロース分に対して）を得た。 As a second recovery operation, 34 g of water was added to the obtained mixture, only the cellulose depolymerized product in the mixture was redissolved, and the remaining insoluble residue was removed by filtration to remove the cellulose. 41 g of a cellulose depolymerized solution containing 6.8 g of the polymer was obtained. 41 g of sulfuric acid was added to this solution to obtain 82 g of a solution having a mass ratio of water and acid of 34: 41 = 45: 55 (sulfuric acid concentration of 50% by mass with respect to the whole solution). To this solution, 137 g of 1-pentanol was added and stirred to precipitate a cellulose depolymerized product. This precipitate was solid-liquid separated from the 1-pentanol solution containing sulfuric acid by filtration, and washed with 1-pentanol. After washing, drying was performed under reduced pressure to remove 1-pentanol to obtain 6.7 g of cellulose depolymerized product (yield: 96%, based on cellulose content contained in used corrugated paper).
（実施例４）
多糖類としてコーンスターチ（同上）１１．４ｇ（コーンスターチ固形分：１０ｇ）に、７５％硫酸水溶液２０ｇ（水と酸との質量比が２５：７５）を添加して、４０℃で攪拌しながら１時間加水分解して、平均分子量１２００の澱粉の解重合物の酸水溶液を得た。この酸水溶液に１−ペンタノール（ナカライテスク（株）製：特級）８０ｇを添加して攪拌し、澱粉の解重合物を沈殿析出させ、この析出物を、濾紙を用いて濾過することにより、１−ペンタノールと硫酸との混合溶液と固液分離した後に、濾紙上に１−ペンタノールを供給して析出物を洗浄した。その後、減圧乾燥により１−ペンタノールを除去して得られた析出物を濾紙上から取り出し、澱粉の解重合物９．４ｇ（収率９４％）を得た。
Example 4
As a polysaccharide, 20 g of 75% sulfuric acid aqueous solution (mass ratio of water and acid is 25:75) is added to 11.4 g of corn starch (same as above) (corn starch solid content: 10 g), and stirred at 40 ° C. for 1 hour. Hydrolysis gave an aqueous acid solution of starch depolymerized with an average molecular weight of 1200. By adding 80 g of 1-pentanol (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: special grade) to this acid aqueous solution and stirring, the starch depolymerized product is precipitated, and this precipitate is filtered using a filter paper, After solid-liquid separation from the mixed solution of 1-pentanol and sulfuric acid, 1-pentanol was supplied onto the filter paper to wash the precipitate. Thereafter, the precipitate obtained by removing 1-pentanol by drying under reduced pressure was taken out from the filter paper to obtain 9.4 g (yield 94%) of a starch depolymerized product.
（実施例５）
多糖類を含むバイオマス原料として段ボール古紙（同上）を１０ｇ用い、これと７５％硫酸水溶液２０ｇ（水：酸の質量比が２５：７５）とを、４０℃で撹拌しながら１時間加水分解した。ついでこの反応物に水を３０ｇ添加して（水：酸の質量比が２５：７５から７０：３０になった。）、９０℃で撹拌しながら１時間加水分解し、セルロースの解重合物（平均分子量１７５）の酸水溶液を得た。この酸水溶液から濾過により、残渣分を除去した。濾過により得られた濾液は５５ｇとなった（セルロースの解重合物：７ｇ、硫酸水溶液：４８ｇ）。この濾液に１−ペンタノール（ナカライテスク（株）製：特級）２４５ｇを添加して撹拌し、セルロースの解重合物を沈殿析出させた。この析出物を、濾紙を用いて濾過することにより、１−ペンタノールと硫酸の混合溶液と固液分離した後に、濾紙上に１−ペンタノールを供給して析出物を洗浄した。その後、減圧乾燥により１−ペンタノールを除去して得られた析出物を濾紙上から取り出して、セルロースの解重合物５ｇ（収率７０％）を得た。
(Example 5)
10 g of waste corrugated paper (same as above) was used as a biomass raw material containing polysaccharides, and this was hydrolyzed with 20 g of a 75% aqueous sulfuric acid solution (water: acid mass ratio 25:75) with stirring at 40 ° C. for 1 hour. Next, 30 g of water was added to the reaction product (the mass ratio of water: acid was changed from 25:75 to 70:30), and the mixture was hydrolyzed with stirring at 90 ° C. for 1 hour to obtain a cellulose depolymerized product ( An acid aqueous solution having an average molecular weight of 175) was obtained. The residue was removed from the aqueous acid solution by filtration. The filtrate obtained by filtration was 55 g (cellulose depolymerized product: 7 g, sulfuric acid aqueous solution: 48 g). To this filtrate, 245 g of 1-pentanol (manufactured by Nacalai Tesque, Inc .: special grade) was added and stirred to precipitate a cellulose depolymerized product. The precipitate was filtered using a filter paper to separate the solid solution from the mixed solution of 1-pentanol and sulfuric acid, and then the 1-pentanol was supplied onto the filter paper to wash the precipitate. Thereafter, the precipitate obtained by removing 1-pentanol by drying under reduced pressure was taken out from the filter paper to obtain 5 g (yield 70%) of cellulose depolymerized product.
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