JP2009291143A - Method for saccharifying and separating vegetable fiber material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the recovery of cluster acid of a cellulose hydrolysis catalyst to provide a highly pure sugar aqueous solution. <P>SOLUTION: Provided is a method for saccharifying and separating the vegetable fiber material, characterized by having a hydrolysis process for hydrolyzing cellulose contained in the vegetable fiber material with a cluster acid catalyst, the first solid-liquid separation process for separating into an organic solvent solution containing the cluster acid catalyst and a solid content containing sugars and cluster acid catalyst residues through a process for mixing a mixture containing the cluster acid catalyst and the sugars produced in the hydrolysis process with the first organic solvent, the second solid-liquid separation process for mixing water with the solid content obtained in the first solid-liquid separation process or a solid content after the elusion of the cluster acid catalyst obtained in a compression process, and then separating the vegetable fiber residues from the aqueous solution, and a compression process for impregnating the solid content obtained in the first solid-liquid separation process or the vegetable fiber residues obtained in the second solid-liquid separation process with the second organic solvent, and then compressing the product. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、植物系繊維材料を糖化分離して糖を生成させる方法に関する。   The present invention relates to a method for producing sugar by saccharification and separation of plant fiber materials.

バイオマスである植物繊維、例えば、サトウキビの絞りかす(バガス)や木材片等を分解してセルロースやヘミセルロースからグルコースやキシロースを主とする糖を生成し、得られた糖を食料又は燃料として有効利用することが提案され、実用化されつつある。特に、植物繊維を分解することにより得られた糖を発酵させ、燃料となるエタノール等のアルコールを生成させる技術が注目されている。
従来、セルロースやヘミセルロースを分解してグルコース等の糖を生成する種々の方法が提案されており、一般的な方法としては、希硫酸や濃硫酸等の硫酸、塩酸を用いてセルロースを加水分解する方法(特許文献1)が挙げられる。
特開平8−299000号公報
Decompose plant fibers that are biomass, such as sugarcane residue (bagasse) and wood fragments, to produce sugars, mainly glucose and xylose, from cellulose and hemicellulose, and use the resulting sugars as food or fuel It has been proposed and put into practical use. In particular, a technique for fermenting sugars obtained by decomposing plant fibers and generating alcohol such as ethanol as fuel has attracted attention.
Conventionally, various methods for decomposing cellulose or hemicellulose to produce sugars such as glucose have been proposed. As a general method, cellulose is hydrolyzed using sulfuric acid such as dilute sulfuric acid or concentrated sulfuric acid, or hydrochloric acid. The method (patent document 1) is mentioned.
JP-A-8-299000

しかしながら、硫酸等の酸を用いてセルロースを分解する方法は、酸と糖の分離が困難であるという問題がある。分解生成物の主成分であるグルコースと酸が共に水溶性であるためである。中和やイオン交換などによる酸除去は、手間とコストがかかるだけでなく、完全に酸を除去することが難しく、エタノール発酵工程にも酸が残留してしまうことが多い。その結果、エタノール発酵工程において、酵母の活性に最適なpHに調整しても、塩の濃度が高くなることで酵母の活性が低下し、発酵効率の低下を招いていた。   However, the method of decomposing cellulose using an acid such as sulfuric acid has a problem that it is difficult to separate the acid and the sugar. This is because glucose and acid, which are the main components of the decomposition product, are both water-soluble. Acid removal by neutralization or ion exchange is not only labor and costly, but it is difficult to completely remove the acid, and the acid often remains in the ethanol fermentation process. As a result, even in the ethanol fermentation process, even when the pH is adjusted to the optimum pH for the yeast activity, the yeast activity decreases due to the increase in the salt concentration, resulting in a decrease in fermentation efficiency.

特に濃硫酸を用いる場合には、酵母を失活させない程度まで硫酸を除去するのが非常に困難であり、多大なエネルギーを要する。これに対して、希硫酸を用いる場合には、比較的容易に硫酸を除去することができるが、高温条件下でセルロースを分解させなければならず、エネルギーを要する。
さらに、硫酸や塩酸等の酸は、分離、回収して再利用することが非常に困難である。そのため、これら酸をグルコース生成の触媒として用いることは、バイオエタノールのコストを引き上げる原因の一つとなっている。
In particular, when concentrated sulfuric acid is used, it is very difficult to remove the sulfuric acid to such an extent that the yeast is not inactivated, and a great deal of energy is required. In contrast, when dilute sulfuric acid is used, sulfuric acid can be removed relatively easily, but cellulose must be decomposed under high temperature conditions, and energy is required.
Furthermore, acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid are very difficult to separate, recover and reuse. Therefore, using these acids as a catalyst for producing glucose is one of the causes for raising the cost of bioethanol.

本発明者らは、セルロースの糖化について鋭意検討した結果、擬融解状態のクラスター酸が、セルロースの加水分解に対して優れた触媒活性を有すると共に、生成した糖との分離が容易であることを見出し、既に特許出願を行っている(特願2007−115407)。本方法によれば、従来の濃硫酸法や希硫酸法と異なり、加水分解触媒を回収、再利用することが可能であると共に、セルロースの加水分解から糖水溶液の回収、加水分解触媒の回収までのプロセスのエネルギー効率を向上させることができる。
また、上記特許出願においては、植物系繊維材料の加水分解により生成した糖と、クラスター酸触媒の分離方法についても提案している。具体的には、加水分解後、生成した糖と、クラスター酸触媒と、残渣を含む反応混合物に、有機溶媒を添加することで、クラスター酸を溶解する一方、糖は固形分として、残渣と共に該クラスター酸有機溶媒と分離させる方法が記載されている。
As a result of intensive studies on the saccharification of cellulose, the present inventors have found that the cluster acid in a pseudo-molten state has excellent catalytic activity for hydrolysis of cellulose and can be easily separated from the produced sugar. The patent application has already been filed (Japanese Patent Application No. 2007-115407). According to this method, unlike the conventional concentrated sulfuric acid method or dilute sulfuric acid method, it is possible to recover and reuse the hydrolysis catalyst, and from the hydrolysis of cellulose to the recovery of aqueous sugar solution and the recovery of hydrolysis catalyst. The energy efficiency of the process can be improved.
The above patent application also proposes a method for separating a saccharide produced by hydrolysis of a plant fiber material and a cluster acid catalyst. Specifically, after hydrolysis, the cluster acid is dissolved by adding an organic solvent to the reaction mixture containing the generated saccharide, the cluster acid catalyst, and the residue. A method of separating from a cluster acid organic solvent is described.

本発明者らは、さらに上記クラスター酸触媒を用いたセルロースの糖化について研究を進め、生成する糖とクラスター酸触媒の分離性を高め、高純度の糖水溶液を得ることに成功した。すなわち、本発明は、上記研究の経緯を経て成し遂げられたものであり、上記セルロースの加水分解触媒であるクラスター酸の回収率を高め、純度の高い糖水溶液を提供することを目的とするものである。   The present inventors have further studied on the saccharification of cellulose using the cluster acid catalyst, and succeeded in obtaining a high-purity aqueous sugar solution by improving the separation between the produced sugar and the cluster acid catalyst. That is, the present invention has been accomplished through the above-described research, and aims to increase the recovery rate of cluster acid, which is a hydrolysis catalyst for cellulose, and to provide a high-purity sugar aqueous solution. is there.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、クラスター酸触媒を用いて、植物系繊維材料に含まれるセルロースを加水分解し、グルコースを主とする糖を生成させる加水分解工程と、少なくとも、前記加水分解工程において生成した糖、及び前記クラスター酸触媒を含む混合物と、糖に対しては貧溶媒であり前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒である第一の有機溶媒を混合する過程を経て、クラスター酸触媒を含む有機溶媒溶液分と、糖及びクラスター酸触媒の残留分を含む固体分とに分離する第一の固液分離工程と、前記第一の固液分離工程において得られる前記固体分、又は後の工程である圧搾工程において得られるクラスター酸触媒溶出後の固体分を水と混合した後、植物繊維残渣と水溶液とに分離する第二の固液分離工程と、前記第一の固液分離工程において得られる前記固体分、又は前記第二の固液分離工程において得られる前記植物繊維残渣に、糖に対しては貧溶媒であり前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒である第二の有機溶媒を含浸させた後、圧搾することにより、前記固体分又は前記植物繊維残渣中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を溶出させる圧搾工程を有することを特徴とする。   The saccharification / separation method for plant fiber material of the present invention includes a hydrolysis step of hydrolyzing cellulose contained in the plant fiber material using a cluster acid catalyst to produce a sugar mainly composed of glucose, Through a process of mixing the saccharide produced in the hydrolysis step and the mixture containing the cluster acid catalyst with a first organic solvent that is a poor solvent for the saccharide and a good solvent for the cluster acid catalyst. The first solid-liquid separation step for separating the organic solvent solution containing the cluster acid catalyst into the solid content containing the sugar and cluster acid catalyst residue, and the solid obtained in the first solid-liquid separation step Or a second solid-liquid separation step for separating the solid content after elution of the cluster acid catalyst obtained in the pressing step, which is a subsequent step, with water, and then separating into a plant fiber residue and an aqueous solution, The solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the plant fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step is a poor solvent for sugar and good for the cluster acid catalyst. It is characterized by having a pressing step of eluting the cluster acid catalyst remaining in the solids or the pores in the plant fiber residue by squeezing after impregnating the second organic solvent as a solvent. To do.

このような構成の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記圧搾工程において、前記固体分又は前記植物繊維残渣中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を溶出させることで、前記クラスター酸触媒の回収率を向上することができる。また、本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、糖中への前記クラスター酸触媒の残留量を極力減らすことができるので、純度の高い糖を得ることができる。   In the method for saccharification and separation of plant fiber material having such a structure, in the pressing step, the cluster acid catalyst is eluted by eluting the cluster acid catalyst remaining in the solids or the pores in the plant fiber residue. The recovery rate can be improved. Moreover, since the saccharification separation method of the plant fiber material of this invention can reduce the residual amount of the said cluster acid catalyst in saccharide | sugar as much as possible, saccharide | sugar with high purity can be obtained.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記加水分解工程を、常圧〜1MPaの条件下、140℃以下で行うことが好ましい。   In the method for saccharification and separation of plant fiber material of the present invention, the hydrolysis step is preferably carried out at 140 ° C. or lower under conditions of normal pressure to 1 MPa.

このような構成の植物系繊維材料の糖化分離方法は、比較的穏やかな反応条件で行うことが可能であり、エネルギー効率に優れた糖化分離を達成することができる。   The saccharification / separation method of the plant fiber material having such a configuration can be performed under relatively mild reaction conditions, and saccharification / separation excellent in energy efficiency can be achieved.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記クラスター酸触媒がヘテロポリ酸であることが好ましい。   In the method for saccharification and separation of plant fiber material of the present invention, the cluster acid catalyst is preferably a heteropolyacid.

このような構成の植物系繊維材料の糖化分離方法は、酸化力及び酸強度が強いヘテロポリ酸を用いることにより、前記加水分解工程における、セルロースの確実な加水分解を達成することができる。   The saccharification / separation method of the plant fiber material having such a configuration can achieve reliable hydrolysis of cellulose in the hydrolysis step by using a heteropolyacid having strong oxidizing power and acid strength.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記第一の固液分離工程において、前記第一の有機溶媒に対する前記糖の溶解度が1g/100ml以下であることが好ましい。   In the saccharification / separation method for a plant fiber material of the present invention, the solubility of the sugar in the first organic solvent is preferably 1 g / 100 ml or less in the first solid-liquid separation step.

このような構成の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記第一の固液分離工程において、前記第一の有機溶媒に対する前記糖の溶解度と前記クラスター酸触媒の溶解度との間に十分な差を設けることによって、糖からクラスター酸触媒を可能な限り分離し、高純度の糖を含んだ前記固体分を得ることができる。   In the saccharification / separation method of the plant fiber material having such a configuration, in the first solid-liquid separation step, there is a sufficient difference between the solubility of the sugar in the first organic solvent and the solubility of the cluster acid catalyst. By separating the cluster acid catalyst from the saccharide as much as possible, the solid content containing a high-purity saccharide can be obtained.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記第一の固液分離工程において、前記第一の有機溶媒としてエーテル類及びアルコール類から選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。   In the method for saccharification and separation of plant fiber material of the present invention, it is preferable to use at least one selected from ethers and alcohols as the first organic solvent in the first solid-liquid separation step.

このような構成の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記第一の固液分離工程において、前記糖に対しては貧溶媒であり、前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒であるエーテル類及びアルコール類の少なくとも一方を前記第一の有機溶媒として用いることによって、糖からクラスター酸触媒を可能な限り分離し、高純度の糖を含んだ前記固体分を得ることができる。   In the saccharification / separation method of the plant fiber material having such a structure, in the first solid-liquid separation step, ethers which are a poor solvent for the sugar and a good solvent for the cluster acid catalyst In addition, by using at least one of alcohol and the alcohol as the first organic solvent, the cluster acid catalyst can be separated from the sugar as much as possible to obtain the solid component containing high-purity sugar.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記圧搾工程において、前記第二の有機溶媒としてアルコール類を用いることが好ましい。   In the method for saccharification and separation of plant fiber materials of the present invention, it is preferable that alcohols are used as the second organic solvent in the pressing step.

このような構成の植物系繊維材料の糖化分離方法は、前記圧搾工程において、前記固体物中又は前記植物繊維残渣中からクラスター酸触媒を可能な限り溶出させることができる。   In the saccharification / separation method of the plant fiber material having such a configuration, the cluster acid catalyst can be eluted from the solid material or the plant fiber residue as much as possible in the pressing step.

本発明によれば、前記圧搾工程において、前記固体分又は前記植物繊維残渣中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を溶出させることで、前記クラスター酸触媒の回収率を向上することができる。また、本発明によれば、糖中への前記クラスター酸触媒の残留量を極力減らすことができるので、純度の高い糖を得ることができる。   According to the present invention, in the pressing step, the recovery of the cluster acid catalyst can be improved by eluting the cluster acid catalyst remaining in the pores in the solid content or the plant fiber residue. . In addition, according to the present invention, since the residual amount of the cluster acid catalyst in the sugar can be reduced as much as possible, a highly pure sugar can be obtained.

本発明の植物系繊維材料の糖化分離方法は、クラスター酸触媒を用いて、植物系繊維材料に含まれるセルロースを加水分解し、グルコースを主とする糖を生成させる加水分解工程と、少なくとも、前記加水分解工程において生成した糖、及び前記クラスター酸触媒を含む混合物と、糖に対しては貧溶媒であり前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒である第一の有機溶媒を混合する過程を経て、クラスター酸触媒を含む有機溶媒溶液分と、糖及びクラスター酸触媒の残留分を含む固体分とに分離する第一の固液分離工程と、前記第一の固液分離工程において得られる前記固体分、又は後の工程である圧搾工程において得られるクラスター酸触媒溶出後の固体分を水と混合した後、植物繊維残渣と水溶液とに分離する第二の固液分離工程と、前記第一の固液分離工程において得られる前記固体分、又は前記第二の固液分離工程において得られる前記植物繊維残渣に、糖に対しては貧溶媒であり前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒である第二の有機溶媒を含浸させた後、圧搾することにより、前記固体分又は前記植物繊維残渣中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を溶出させる圧搾工程を有することを特徴とする。   The saccharification / separation method for plant fiber material of the present invention includes a hydrolysis step of hydrolyzing cellulose contained in the plant fiber material using a cluster acid catalyst to produce a sugar mainly composed of glucose, Through a process of mixing the saccharide produced in the hydrolysis step and the mixture containing the cluster acid catalyst with a first organic solvent that is a poor solvent for the saccharide and a good solvent for the cluster acid catalyst. The first solid-liquid separation step for separating the organic solvent solution containing the cluster acid catalyst into the solid content containing the sugar and cluster acid catalyst residue, and the solid obtained in the first solid-liquid separation step Or a second solid-liquid separation step for separating the solid content after elution of the cluster acid catalyst obtained in the pressing step, which is a subsequent step, with water, and then separating into a plant fiber residue and an aqueous solution, The solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the plant fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step is a poor solvent for sugar and good for the cluster acid catalyst. It is characterized by having a pressing step of eluting the cluster acid catalyst remaining in the solids or the pores in the plant fiber residue by squeezing after impregnating the second organic solvent as a solvent. To do.

本発明者らは、上記特許出願(特願2007−115407)において、グルコースを主とする糖とクラスター酸は共に水溶性であるが、糖が難溶又は不溶である有機溶媒に対してクラスター酸が溶解性を示すことを見出し、この溶解特性の違いを利用することによって、クラスター酸と糖が分離可能であることを報告している。すなわち、植物系繊維材料を、クラスター酸触媒を用いて加水分解した後、生成物である糖、クラスター酸触媒、及び未反応セルロース等の残渣を含む加水分解混合物(以下、単に加水分解混合物ということがある)に、上記特定の有機溶媒を添加すると、クラスター酸触媒が当該有機溶媒に溶解する。一方、糖は当該有機溶媒に溶解しないため、加水分解混合物中に固体状態で存在する糖は当該有機溶媒に溶解せず、ろ過等の固液分離方法によりクラスター酸有機溶媒溶液と分離することができる。
本発明者らはさらに鋭意検討したところ、加水分解工程において生成した糖は、析出し、結晶成長する過程において、或いは、他の析出した糖と凝集する際に、クラスター酸触媒が糖に混入してしまうことが見出された。
In the above-mentioned patent application (Japanese Patent Application No. 2007-115407), the inventors of the present invention have both a water-soluble saccharide mainly composed of glucose and a cluster acid, but a cluster acid in an organic solvent in which the saccharide is hardly soluble or insoluble. Have been found to be soluble, and by utilizing this difference in solubility properties, it has been reported that cluster acids and sugars can be separated. That is, after hydrolyzing a plant fiber material using a cluster acid catalyst, a hydrolysis mixture (hereinafter simply referred to as a hydrolysis mixture) containing residues such as sugar, cluster acid catalyst, and unreacted cellulose as a product. When the specific organic solvent is added, the cluster acid catalyst is dissolved in the organic solvent. On the other hand, since sugar does not dissolve in the organic solvent, the sugar present in the solid state in the hydrolysis mixture does not dissolve in the organic solvent and can be separated from the cluster acid organic solvent solution by a solid-liquid separation method such as filtration. it can.
As a result of further intensive studies, the present inventors have found that the saccharide produced in the hydrolysis step precipitates and crystal grows, or when the cluster acid catalyst agglomerates with other precipitated saccharides. It was found that.

そして、加水分解工程後において得られる植物繊維残渣中の細孔にはクラスター酸触媒が残存しており、残存したクラスター酸触媒を、有機溶媒を含浸させた後、圧搾することにより、溶出させることで、クラスター酸触媒の回収率の向上が可能であることを見出した。   Then, the cluster acid catalyst remains in the pores in the plant fiber residue obtained after the hydrolysis step, and the remaining cluster acid catalyst is impregnated with an organic solvent and then squeezed to be eluted. Thus, it has been found that the recovery rate of the cluster acid catalyst can be improved.

まず、植物系繊維材料に含まれるセルロースを加水分解し、グルコースを主とする糖を生成させる加水分解工程について説明する。
尚、ここでは、主としてセルロースからグルコースを生成させる工程を中心に説明しているが、植物系繊維材料にはセルロース以外にヘミセルロースも含まれ、また、生成物もグルコース以外にキシロース等のその他の単糖もあり、これらの場合も本発明の範囲に含まれる。
植物系繊維材料としては、セルロースやヘミセルロースを含むものであれば特に限定されず、例えば、広葉樹、竹、針葉樹、ケナフ、家具の廃材、稲わら、麦わら、籾殻、バガス、サトウキビの絞りかす等のセルロース系バイオマスが挙げられる。また、上記バイオマスから分離されたセルロースやヘミセルロース或いは人工的に合成されたセルロースやヘミセルロースそのものでもよい。
First, a hydrolysis process in which cellulose contained in a plant fiber material is hydrolyzed to produce a sugar mainly composed of glucose will be described.
Although the description here mainly focuses on the process of producing glucose from cellulose, the plant fiber material contains hemicellulose in addition to cellulose, and the product is not limited to glucose but other simple substances such as xylose. There are sugars, and these cases are also included in the scope of the present invention.
The plant-based fiber material is not particularly limited as long as it contains cellulose or hemicellulose. A cellulosic biomass is mentioned. Further, cellulose or hemicellulose separated from the biomass, or artificially synthesized cellulose or hemicellulose itself may be used.

これら繊維材料は、反応系における分散性の観点から、通常、粉末状にしたものを用いる。粉末状にする方法としては、一般的な方法に準じればよい。クラスター酸触媒との混合性、反応機会向上の観点から、数μm〜200μm程度の直径を有する粉末状とすることが好ましい。   These fiber materials are usually used in the form of powder from the viewpoint of dispersibility in the reaction system. As a method for forming a powder, a general method may be used. From the viewpoint of mixing with the cluster acid catalyst and improving the reaction opportunity, it is preferable to form a powder having a diameter of several μm to 200 μm.

また、繊維材料は必要に応じて、予め蒸解処理を施すことによって、含有されるリグニンを溶解しておいてもよい。リグニンを溶解除去しておくことによって、加水分解工程におけるクラスター酸触媒とセルロースとの接触機会の向上が可能であると同時に、加水分解反応混合物に含まれる残渣量を低減することができ、残渣中に生成した糖やクラスター酸が混入することによる、糖収率低下やクラスター酸回収率低下の抑制が可能である。蒸解処理を施す場合には、植物系繊維材料の粉砕度を比較的小さくする(粉砕が荒い)ことができるため、繊維材料を粉末状にするための手間、コスト、エネルギーを削減できるという効果もある。
蒸解処理としては、例えば、NaOH、KOH、Ca(OH)、NaSO、NaHCO、NaHSO、Mg(HSO、Ca(HSO等のアルカリや塩およびその水溶液、それにさらにSO溶液を混合したもの、NH等のガスと、植物系繊維材料チップ(数cm〜数mm)を接触させる方法が挙げられる。具体的な条件として、反応温度は120〜160℃、反応時間は数十分から1時間程度でよい。
Moreover, the fiber material may dissolve the lignin contained by performing a cooking process beforehand as needed. By dissolving and removing lignin, it is possible to improve the chance of contact between the cluster acid catalyst and cellulose in the hydrolysis step, and at the same time, the amount of residue contained in the hydrolysis reaction mixture can be reduced. It is possible to suppress a decrease in sugar yield and a decrease in cluster acid recovery rate due to mixing of the generated sugar and cluster acid. When cooking is performed, the degree of pulverization of the plant fiber material can be made relatively small (the pulverization is rough), so that the labor, cost and energy for making the fiber material into powder can be reduced. is there.
Examples of the cooking process include alkalis and salts such as NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Na 2 SO 3 , NaHCO 3 , NaHSO 3 , Mg (HSO 3 ) 2 , Ca (HSO 3 ) 2, and aqueous solutions thereof. and what was further mixed SO 2 solution, a gas such as NH 3, and a method of contacting the plant fiber material chips (number cm~ number mm). Specific conditions include a reaction temperature of 120 to 160 ° C. and a reaction time of several tens of minutes to about 1 hour.

本発明において、植物系繊維材料の加水分解の触媒として用いられるクラスター酸とは、複数のオキソ酸が縮合したもの、すなわち、いわゆるポリ酸である。ポリ酸の多くは、中心元素が複数の酸素原子と結合しているため最高酸化数まで酸化された状態であることが多く、酸化触媒として優れた特性を示し、また、強酸であることが知られている。例えば、ヘテロポリ酸であるリンタングステン酸の酸強度(pKa=−13.16)は、硫酸の酸強度(pKa=−11.93)より強い。すなわち、例えば、50℃のような温和な条件でも、セルロースやヘミセルロースを、グルコース、キシロースなどの単糖までに分解することができる。   In the present invention, the cluster acid used as a catalyst for hydrolysis of plant fiber materials is a condensed product of a plurality of oxo acids, that is, a so-called polyacid. Many polyacids are often oxidized to the maximum oxidation number because the central element is bonded to multiple oxygen atoms, exhibit excellent properties as oxidation catalysts, and are known to be strong acids. It has been. For example, the acid strength (pKa = −13.16) of phosphotungstic acid that is a heteropolyacid is stronger than the acid strength (pKa = −11.93) of sulfuric acid. That is, for example, even under mild conditions such as 50 ° C., cellulose and hemicellulose can be decomposed into monosaccharides such as glucose and xylose.

本発明において用いるクラスター酸としては、イソポリ酸でも、ヘテロポリ酸でもよいが、酸化力及び酸強度が強いことからヘテロポリ酸が好ましい。ヘテロポリ酸としては特に限定されず、HwAxByOz(A:ヘテロ原子、B:ポリ酸の骨格となるポリ原子、A:ヘテロ原子、w:水素原子の組成比、x:ヘテロ原子の組成比、y:ポリ原子の組成比、z:酸素原子の組成比)の一般式で表されるものが挙げられる。ポリ原子Bとしては、ポリ酸を形成することができるW、Mo、V、Nb等の原子が挙げられる。ヘテロ原子Aとしては、ヘテロポリ酸を形成することができるP、Si、Ge、As、B等の原子が挙げられる。ヘテロポリ酸一分子内に含有されるポリ原子及びヘテロ原子は1種でもあっても2種以上であってもよい。   The cluster acid used in the present invention may be an isopolyacid or a heteropolyacid, but a heteropolyacid is preferred because of its strong oxidizing power and acid strength. The heteropolyacid is not particularly limited, and HwAxByOz (A: heteroatom, B: polyatom serving as a skeleton of polyacid, A: heteroatom, w: composition ratio of hydrogen atom, x: composition ratio of heteroatom, y: And those represented by the general formula of (composition ratio of poly atoms, z: composition ratio of oxygen atoms). Examples of the poly atom B include atoms such as W, Mo, V, and Nb that can form a polyacid. Examples of the hetero atom A include atoms such as P, Si, Ge, As, and B that can form a heteropolyacid. One or more polyatoms and heteroatoms may be contained in one heteropolyacid molecule.

酸強度の強さと、酸化力のバランスから、タングステン酸塩であるリンタングステン酸 H[PW1240]、珪タングステン酸 H[SiW1240]が好ましい。次いで、モリブデン酸塩であるリンモリブデン酸 H[PMo1240]等を好適に用いることができる。 From the balance between the strength of the acid strength and the oxidizing power, phosphotungstic acid H 3 [PW 12 O 40 ] and silicotungstic acid H 4 [SiW 12 O 40 ], which are tungstates, are preferable. Next, phosphomolybdic acid H 3 [PMo 12 O 40 ], which is a molybdate, can be preferably used.

ここで、ケギン型[Xn+1240:X=P、Si、Ge、As等、M=Mo、W等]のヘテロポリ酸(リンタングステン酸)の構造を図1に示す。八面体MO単位からなる多面体の中心に四面体XOが存在し、この構造の周囲に結晶水を多くもつ。尚、クラスター酸の構造は特に限定されず、上記ケギン型の他、例えば、ドーソン型等でもよい。
尚、ここでは結晶状態のクラスター酸触媒、及び、数分子のクラスター酸触媒で構成されるクラスター状態のクラスター酸触媒と水和又は配位する水を、一般的に使用される「結晶水」という用語で代用する。この結晶水にはクラスター酸触媒を構成するアニオンと水素結合したアニオン水、カチオンに配位した配位水、カチオン及びアニオンと配位しない格子水の他、OH基の形で含まれているものも含まれる。
また、クラスター状態のクラスター酸触媒とは、数分子(1〜数分子程度)のクラスター酸から構成される集合体であり、結晶とは異なる。固体状態、擬融解状態、溶媒中に溶解(コロイド状)した状態でもクラスター状態とすることができる。
Here, Keggin: shows [X n + M 12 O 40 X = P, Si, Ge, As , etc., M = Mo, W, etc.] The structure of heteropoly acid (phosphotungstic acid) in Figure 1. A tetrahedron XO 4 exists in the center of a polyhedron composed of 6 units of octahedron MO, and has a lot of crystal water around the structure. The structure of the cluster acid is not particularly limited, and may be, for example, a Dawson type other than the Keggin type.
Here, water that is hydrated or coordinated with a clustered cluster acid catalyst composed of a crystalline cluster acid catalyst and a clustered acid catalyst of several molecules is referred to as “crystal water” that is generally used. Use terms instead. This crystal water contains anion water hydrogen-bonded to the anion constituting the cluster acid catalyst, coordinated water coordinated to the cation, lattice water not coordinated to the cation and anion, and OH group. Is also included.
The clustered cluster acid catalyst is an aggregate composed of several molecules (about 1 to several molecules) of cluster acid, and is different from a crystal. A cluster state can be obtained even in a solid state, a pseudo-molten state, or a state dissolved (colloidal) in a solvent.

上記したようなクラスター酸触媒は、常温では固体状であるが、加熱し、温度が上がると擬融解状態となる。ここで、擬融解状態とは、見かけ上、融解しているようであるが、完全に融解した液体状態ではなく、クラスター酸が液中に分散しているコロイド(ゾル)に近い状態であり、流動性を示している状態である。クラスター酸が擬融解状態であるかどうかは、目視により確認することもでき、或いは、均一系の場合、DTG(示差走査熱量計)等でも確認することができる。   The cluster acid catalyst as described above is in a solid state at room temperature, but when heated and the temperature rises, it becomes a pseudo-molten state. Here, the pseudo-molten state is apparently melted, but is not a completely melted liquid state, but a state close to a colloid (sol) in which cluster acids are dispersed in the liquid, This is a state showing fluidity. Whether or not the cluster acid is in a pseudo-molten state can be confirmed by visual observation, or in the case of a homogeneous system, can also be confirmed by a DTG (differential scanning calorimeter) or the like.

クラスター酸は、上記したように、その酸強度の強さから低温でもセルロースの加水分解反応に対する高い触媒活性を示す。また、クラスター酸の大きさは、径が2nm程度であるため、原料である植物系繊維材料との混合性にも優れ、効率よくセルロースの加水分解を促進することができる。従って、温和な条件でのセルロースの加水分解が可能であり、エネルギー効率が高く、環境負荷が小さい。さらに、硫酸等の酸を用いる従来のセルロースの加水分解法と異なり、クラスター酸を触媒として用いる本発明の方法は、糖と触媒の分離効率が高く、容易に分離可能である。   As described above, the cluster acid exhibits high catalytic activity for the hydrolysis reaction of cellulose even at a low temperature because of its strong acid strength. Moreover, since the diameter of a cluster acid is about 2 nm in diameter, it is excellent in mixing property with the plant fiber material which is a raw material, and can promote the hydrolysis of cellulose efficiently. Accordingly, cellulose can be hydrolyzed under mild conditions, energy efficiency is high, and environmental load is small. Furthermore, unlike the conventional cellulose hydrolysis method using an acid such as sulfuric acid, the method of the present invention using a cluster acid as a catalyst has a high separation efficiency of sugar and catalyst and can be easily separated.

しかも、クラスター酸は温度によっては固形状態となるため、生成物である糖類との分離が可能である。従って、分離したクラスター酸を回収し、再利用することも可能である。また、擬融解状態のクラスター酸触媒は、反応溶媒としても機能するため、従来の方法と比較して、反応溶媒としての溶剤量を大幅に減少させることができる。これは、クラスター酸と生成物である糖との分離、クラスター酸の回収の高効率化が可能であることを意味している。すなわち、クラスター酸をセルロースの加水分解触媒として利用する本発明は、低コストが可能であり、且つ、環境負荷も小さい。   Moreover, since the cluster acid is in a solid state depending on the temperature, it can be separated from the product saccharide. Therefore, the separated cluster acid can be recovered and reused. Moreover, since the cluster acid catalyst in a pseudo-molten state also functions as a reaction solvent, the amount of the solvent as the reaction solvent can be greatly reduced as compared with the conventional method. This means that it is possible to separate the cluster acid from the product sugar and to improve the efficiency of the recovery of the cluster acid. That is, the present invention using cluster acid as a hydrolysis catalyst for cellulose can be made at low cost and has a small environmental load.

クラスター酸触媒と植物系繊維材料は、加熱する前に、予め、混合攪拌しておくことが好ましい。クラスター酸触媒が擬融解状態となる前にある程度混合しておくことによってクラスター酸と植物系繊維材料との接触性を高めることができる。
上記したように、加水分解工程において、クラスター酸触媒は擬融解状態となり、反応溶媒としても機能するため、本発明においては、植物系繊維材料の形態(大きさ、繊維の状態等)、クラスター酸触媒と植物系繊維材料の混合比及び体積比等にもよるが、加水分解工程において、反応溶媒としての水や有機溶剤等を用いなくてもよい。
The cluster acid catalyst and the plant fiber material are preferably mixed and stirred in advance before heating. By mixing the cluster acid catalyst to some extent before it becomes a pseudo-molten state, the contact property between the cluster acid and the plant fiber material can be enhanced.
As described above, in the hydrolysis step, the cluster acid catalyst is in a pseudo-molten state and also functions as a reaction solvent. Therefore, in the present invention, the form of the plant fiber material (size, fiber state, etc.), cluster acid Although depending on the mixing ratio and volume ratio of the catalyst and the plant fiber material, water or an organic solvent as a reaction solvent may not be used in the hydrolysis step.

加水分解工程においては、セルロースが加水分解されるための水が必要である。具体的には、n個のグルコースが重合したセルロースをn個のグルコースに分解するためには、(n−1)個の水分子が必要である。従って、反応系内には、少なくとも、植物系繊維材料に含まれるセルロース全量がグルコースに加水分解されるのに必要な水分を添加する。好ましくは、植物系繊維材料として仕込まれたセルロース全量がグルコースに加水分解されるのに必要最低限の水分を添加する。過度の水分を添加すると、生成した糖及びクラスター酸が余剰の水分に溶解し、糖分離工程が煩雑となるからである。
一方、クラスター酸触媒を擬融解状態で使用する場合には、反応系内に、クラスター酸触媒が反応温度において擬融解状態となるのに必要な結晶水分量の水分と、仕込まれたセルロース全量がグルコースに加水分解されるのに必要な水分の合計量が存在しない場合、クラスター酸触媒の結晶水がセルロースの加水分解に使用され、クラスター酸触媒の結晶水が減少し、クラスター酸が凝固状態となってしまう。すなわち、クラスター酸触媒と植物系繊維材料との接触性が低下するばかりか、植物系繊維材料とクラスター酸触媒の混合物の粘度が増加し、当該混合物を充分に混合できなくなってしまう。
In the hydrolysis step, water for hydrolyzing cellulose is necessary. Specifically, (n-1) water molecules are required to decompose cellulose in which n glucoses are polymerized into n glucoses. Therefore, at least water necessary for hydrolyzing the total amount of cellulose contained in the plant fiber material into glucose is added to the reaction system. Preferably, a minimum amount of water necessary for hydrolyzing the total amount of cellulose charged as a plant fiber material into glucose is added. This is because when excessive water is added, the generated sugar and cluster acid are dissolved in excess water, and the sugar separation step becomes complicated.
On the other hand, when the cluster acid catalyst is used in a pseudo-molten state, the amount of crystal water necessary for the cluster acid catalyst to be in a pseudo-melt state at the reaction temperature and the total amount of cellulose charged are contained in the reaction system. In the absence of the total amount of water required to be hydrolyzed to glucose, the cluster acid catalyst water of crystallization is used for cellulose hydrolysis, the cluster acid catalyst water of crystallization is reduced, and the cluster acid is in a solidified state. turn into. That is, not only does the contact between the cluster acid catalyst and the plant fiber material decrease, but the viscosity of the mixture of the plant fiber material and the cluster acid catalyst increases, making it impossible to sufficiently mix the mixture.

従って、加水分解工程において、反応温度におけるクラスター酸触媒の触媒作用や反応溶媒としての機能を確保するため、つまり、クラスター酸触媒が擬融解状態を保持できるようにするためには、反応系内の水分量を下記のようにすることが好ましい。すなわち、(a)反応系内に存在するクラスター酸触媒の全てが加水分解工程における反応温度において擬融解状態になるために必要な結晶水と、(b)反応系内に存在するセルロースの全量がグルコースに加水分解されるのに必要な水分と、の合計量以上とすることが好ましい。特に好ましくは、上記(a)と(b)の合計量を添加する。過度の水分を添加することによって、生成した糖及びクラスター酸が余剰の水分に溶解し、糖とクラスター酸の分離工程が煩雑となるからである。   Therefore, in the hydrolysis step, in order to ensure the catalytic action of the cluster acid catalyst at the reaction temperature and the function as a reaction solvent, that is, to enable the cluster acid catalyst to maintain a pseudo-molten state, The water content is preferably as follows. That is, (a) crystallization water necessary for all of the cluster acid catalyst present in the reaction system to be in a pseudo-molten state at the reaction temperature in the hydrolysis step, and (b) the total amount of cellulose present in the reaction system It is preferable that the total amount of water necessary for hydrolysis into glucose is not less than the total amount. Particularly preferably, the total amount of the above (a) and (b) is added. This is because, by adding excessive water, the produced sugar and cluster acid are dissolved in excess water, and the separation process of sugar and cluster acid becomes complicated.

尚、加水分解工程において、反応系内の水分が減少し、クラスター酸触媒の結晶水量も減少することによって、クラスター酸触媒が固形状となり植物系繊維材料との接触性や反応系の混合性が低下する場合には、クラスター酸触媒が擬融解状態となるように加水分解温度を上げることによって、上記問題の発生を回避することもできる。   In the hydrolysis process, the water in the reaction system is reduced and the amount of water of crystallization of the cluster acid catalyst is reduced, so that the cluster acid catalyst becomes solid and the contact property with the plant fiber material and the mixing property of the reaction system are improved. In the case of a decrease, the above problem can be avoided by raising the hydrolysis temperature so that the cluster acid catalyst is in a pseudo-molten state.

加水分解工程における温度条件は、いくつかの要素(例えば、反応選択率、エネルギー効率、セルロースの反応率、等)を考慮して適宜決定すればよいが、エネルギー効率、セルロースの反応率、グルコース収率のバランスから、通常、140℃以下、とすることが好ましく、特に120℃以下とすることが好ましい。植物系繊維材料の形態によっては、100℃以下のような低温でも可能であり、その場合には、特に高エネルギー効率でグルコースを生成させることができる。   The temperature conditions in the hydrolysis step may be appropriately determined in consideration of several factors (for example, reaction selectivity, energy efficiency, cellulose reaction rate, etc.), but energy efficiency, cellulose reaction rate, glucose yield From the balance of the rate, it is usually preferably 140 ° C. or lower, and particularly preferably 120 ° C. or lower. Depending on the form of the plant fiber material, a low temperature such as 100 ° C. or less is also possible, and in that case, glucose can be produced with particularly high energy efficiency.

また、加水分解工程における圧力は、特に限定されないが、クラスター酸触媒のセルロースの加水分解反応に対する触媒活性が高いことから、常圧(大気圧)〜10MPaのような温和な圧力条件下でも効率よくセルロースの加水分解を進行させることができる。   In addition, the pressure in the hydrolysis step is not particularly limited, but since the catalytic activity of the cluster acid catalyst for the hydrolysis reaction of cellulose is high, it can be efficiently performed even under mild pressure conditions such as atmospheric pressure (atmospheric pressure) to 10 MPa. Cellulose hydrolysis can proceed.

また、植物系繊維材料とクラスター酸触媒との比率は、用いる植物系繊維材料の性状(例えば、サイズ等)や種類、加水分解工程における攪拌方法や混合方法等によって異なる。そのため、実施条件に応じて、適宜決定すればよいが、クラスター酸触媒:植物系繊維材料(重量比)=2:1〜6:1の範囲内であることが好ましく、通常は、2:1〜4:1程度でよい。
加水分解工程におけるクラスター酸触媒と植物系繊維材料を含む混合物は粘度が高いため、その攪拌方法は、例えば、加熱ボールミル等が有利であるが、一般的な攪拌器でもよい。
The ratio of the plant fiber material to the cluster acid catalyst varies depending on the properties (for example, size) and type of the plant fiber material to be used, the stirring method and the mixing method in the hydrolysis step, and the like. Therefore, it may be determined appropriately according to the implementation conditions, but it is preferably within the range of cluster acid catalyst: plant fiber material (weight ratio) = 2: 1 to 6: 1, and usually 2: 1. About 4: 1 may be sufficient.
Since the mixture containing the cluster acid catalyst and the plant fiber material in the hydrolysis step has high viscosity, for example, a heating ball mill is advantageous as the stirring method, but a general stirrer may be used.

加水分解工程の時間は特に限定されず、用いる植物系繊維材料の形状、植物系繊維材料とクラスター酸触媒の比率、クラスター酸触媒の触媒能、反応温度、反応圧力等によって、適宜設定すればよい。   The time of the hydrolysis step is not particularly limited, and may be set as appropriate depending on the shape of the plant fiber material to be used, the ratio of the plant fiber material and the cluster acid catalyst, the catalytic ability of the cluster acid catalyst, the reaction temperature, the reaction pressure, and the like. .

加水分解終了後、反応系の温度を下げると、加水分解工程において生成した糖は、残渣(未反応セルロース)やクラスター酸触媒を含む加水分解混合物中、糖を溶解する水が存在する場合には糖水溶液として、溶解する水がない場合には析出して固体状態で含有される。生成した糖のうち一部は糖水溶液、残りは固体状態で上記混合物中に含有されることもある。尚、クラスター酸触媒もまた、水溶性を有するため、加水分解工程後の混合物の含水量によってはクラスター酸触媒も水に溶解している。   When the temperature of the reaction system is lowered after the hydrolysis is completed, the sugar produced in the hydrolysis process is not dissolved in the hydrolysis mixture containing the residue (unreacted cellulose) and the cluster acid catalyst. As an aqueous sugar solution, when there is no dissolved water, it precipitates and is contained in a solid state. Some of the produced sugars may be contained in the mixture in the form of a sugar aqueous solution and the rest in a solid state. Since the cluster acid catalyst is also water-soluble, the cluster acid catalyst is also dissolved in water depending on the water content of the mixture after the hydrolysis step.

次に、加水分解工程で生成した糖(主にグルコース)と、クラスター酸触媒とを分離する分離工程について説明する。分離工程には、(1)糖及びクラスター酸触媒を含む混合物と、第一の有機溶媒を混合する過程を経て、固体分と有機溶媒溶液分とに分離する第一の固液分離工程、(2)第一の固液分離工程において得られる固体分、又は後の工程である圧搾工程において得られるクラスター酸触媒溶出後の固体分を水と混合した後、植物繊維残渣と水溶液とに分離する第二の固液分離工程(3)第一の固液分離工程において得られる固体分又は第二の固液分離工程において得られる植物繊維残渣に、第二の有機溶媒を含浸させた後、圧搾することにより、固体分又は植物繊維残渣中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を溶出させる圧搾工程の少なくとも3工程がある。
この内、(2)第二の固液分離工程と(3)圧搾工程は、どちらを先に行ってもよい。
以下、各分離工程について順に説明していく。
Next, a separation step for separating the sugar (mainly glucose) produced in the hydrolysis step and the cluster acid catalyst will be described. The separation step includes (1) a first solid-liquid separation step in which a mixture containing a saccharide and a cluster acid catalyst and a first organic solvent are mixed to separate a solid component and an organic solvent solution component, 2) The solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the solid content obtained after elution of the cluster acid catalyst obtained in the subsequent pressing step is mixed with water and then separated into a plant fiber residue and an aqueous solution. Second solid-liquid separation step (3) The solid component obtained in the first solid-liquid separation step or the vegetable fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step is impregnated with the second organic solvent, and then pressed. By doing so, there are at least three steps of the squeezing step for eluting the cluster acid catalyst remaining in the pores in the solid or plant fiber residue.
Of these, (2) the second solid-liquid separation step and (3) the pressing step may be performed first.
Hereinafter, each separation step will be described in order.

第一の固液分離工程(1)は、少なくとも、加水分解工程において生成した糖、及びクラスター酸触媒を含む混合物と、糖に対しては貧溶媒でありクラスター酸触媒に対しては良溶媒である第一の有機溶媒を混合する過程を経て、クラスター酸触媒を含む有機溶媒溶液分と、糖及びクラスター酸触媒の残留分を含む固体分とに分離する工程である。
固体化した糖にクラスター酸触媒が混入すると、得られる糖の純度が低下すると共に、クラスター酸触媒の回収率が低下する。
そこで、糖及びクラスター酸触媒を含む混合物に、糖が溶解しにくく、クラスター酸触媒が溶解し易い第一の有機溶媒を加えることによって、加水分解時に加えたクラスター酸触媒の大部分が溶解した有機溶媒溶液分と、糖及びクラスター酸触媒の残留分を含む固体分とに分離することができる。
The first solid-liquid separation step (1) includes at least a mixture containing the saccharide produced in the hydrolysis step and the cluster acid catalyst, and a poor solvent for the saccharide and a good solvent for the cluster acid catalyst. This is a process of separating into an organic solvent solution containing a cluster acid catalyst and a solid containing a residue of sugar and cluster acid catalyst through a process of mixing a first organic solvent.
When the clustered acid catalyst is mixed into the solidified sugar, the purity of the resulting sugar is decreased and the recovery rate of the clustered acid catalyst is decreased.
Therefore, by adding the first organic solvent in which the sugar is difficult to dissolve and the cluster acid catalyst is easy to dissolve to the mixture containing the sugar and the cluster acid catalyst, most of the cluster acid catalyst added during the hydrolysis is dissolved. It can be separated into a solvent solution and a solid containing the sugar and cluster acid catalyst residue.

第一の固液分離工程において、クラスター酸触媒を溶解する上記第一の有機溶媒としては、糖に対しては貧溶媒であるが、クラスター酸触媒に対しては良溶媒であるものであれば特に限定されないが、糖を効率よく析出させるためには、当該有機溶媒に対する糖の溶解度が1g/100ml以下であることが好ましく、特に、0.06g/100ml以下であることが好ましい。このとき、糖のみを効率よく固体分として析出させるためには、当該有機溶媒に対するクラスター酸の溶解度が50g/100ml以上、特に100g/100ml以上であることが好ましく、500g/100ml以上であることが最も好ましい。
このように、第一の固液分離工程において、第一の有機溶媒に対する糖の溶解度とクラスター酸触媒の溶解度との間に十分な差を設けることによって、糖からクラスター酸触媒を可能な限り分離し、高純度の糖を含んだ固体分を得ることができる。
In the first solid-liquid separation step, the first organic solvent that dissolves the cluster acid catalyst is a poor solvent for sugar, but a good solvent for the cluster acid catalyst. Although not particularly limited, in order to precipitate the sugar efficiently, the solubility of the sugar in the organic solvent is preferably 1 g / 100 ml or less, particularly preferably 0.06 g / 100 ml or less. At this time, in order to efficiently precipitate only the sugar as a solid component, the solubility of the cluster acid in the organic solvent is preferably 50 g / 100 ml or more, particularly preferably 100 g / 100 ml or more, and more preferably 500 g / 100 ml or more. Most preferred.
Thus, in the first solid-liquid separation step, the cluster acid catalyst is separated from the sugar as much as possible by providing a sufficient difference between the solubility of the sugar in the first organic solvent and the solubility of the cluster acid catalyst. In addition, a solid content containing high-purity sugar can be obtained.

上記第一の有機溶媒として、具体的には、例えば、エタノール、メタノール、n−プロパノール等のアルコール類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類などが挙げられる。アルコール類及びエーテル類は好適に用いることができ、中でもエタノール及びジエチルエーテルが好適である。ジエチルエーテルは、グルコース等の糖が不溶であり、且つ、クラスター酸の溶解性が高いため、糖とクラスター酸触媒を分離する溶媒として最適なものの一つである。一方、エタノールもグルコース等の糖が難溶であり、且つ、クラスター酸触媒の溶解性が高いため最適な溶媒の一つである。ジエチルエーテルはエタノールと比較して蒸留において有利であり、エタノールは、ジエチルエーテルよりも入手しやすく、また、クラスター酸触媒の溶解性が非常に高いという利点を有している。
このように、第一の固液分離工程において、糖に対しては貧溶媒であり、クラスター酸触媒に対しては良溶媒であるものを第一の有機溶媒として用いることによって、糖からクラスター酸触媒を可能な限り分離し、高純度の糖を含んだ固体分を得ることができる。
Specific examples of the first organic solvent include alcohols such as ethanol, methanol and n-propanol, and ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether. Alcohols and ethers can be preferably used, and ethanol and diethyl ether are particularly preferable. Diethyl ether is one of the most suitable solvents for separating the saccharide and the cluster acid catalyst because saccharides such as glucose are insoluble and the solubility of the cluster acid is high. On the other hand, ethanol is one of the most suitable solvents because sugars such as glucose are hardly soluble and the solubility of the cluster acid catalyst is high. Diethyl ether is advantageous in distillation compared to ethanol, which has the advantage that it is more readily available than diethyl ether and that the solubility of the cluster acid catalyst is very high.
Thus, in the first solid-liquid separation step, by using a poor solvent for sugar and a good solvent for the cluster acid catalyst as the first organic solvent, the cluster acid is converted from the sugar. The catalyst can be separated as much as possible to obtain a solid containing high-purity sugar.

上記第一の有機溶媒の使用量は、その有機溶媒の糖及びクラスター酸触媒に対する溶解特性などによって異なってくるため、クラスター酸を効率よく回収できるように、適宜適切な量を決定すればよい。   Since the amount of the first organic solvent used varies depending on the solubility characteristics of the organic solvent in the sugar and the cluster acid catalyst, an appropriate amount may be determined so that the cluster acid can be efficiently recovered.

第一の固液分離工程における温度は、上記第一の有機溶媒の沸点等にもよるが、通常は、室温〜60℃の範囲であることが好ましい。また、第一の固液分離工程において、水溶液は充分に攪拌混合されることが好ましい。具体的な攪拌方法は特に限定されず、一般的な方法でよい。クラスター酸の回収効率の観点から、攪拌方法としては、ボールミル等固体分の粉砕が可能な攪拌方法が好適である。   The temperature in the first solid-liquid separation step is preferably in the range of room temperature to 60 ° C., although it depends on the boiling point of the first organic solvent. In the first solid-liquid separation step, the aqueous solution is preferably sufficiently stirred and mixed. A specific stirring method is not particularly limited, and a general method may be used. From the viewpoint of the cluster acid recovery efficiency, the stirring method is preferably a stirring method capable of pulverizing solid components such as a ball mill.

第一の固液分離工程においては、クラスター酸触媒を含む有機溶媒溶液分と、糖及びクラスター酸触媒の残留分を含む固体分とに分離する。具体的な分離方法は特に限定されず、一般的な固液分離方法、例えば、ろ過、デカンテーション等を採用することができる。   In the first solid-liquid separation step, the organic solvent solution containing the cluster acid catalyst and the solid containing the sugar and cluster acid catalyst residue are separated. Specific separation methods are not particularly limited, and general solid-liquid separation methods such as filtration and decantation can be employed.

図3は、本発明の第一の固液分離工程の典型例を示した図である。
まず初めに、加水分解工程において生成した糖、及びクラスター酸触媒を含む混合物に、第一の有機溶媒を加えて攪拌する。第一の有機溶媒の量は、混合物が全体に湿潤する量であればよく、温度は室温〜50℃、攪拌時間は10〜30分であるのが好ましい。
次に、ろ過によって固体分(ろ過物)とろ液にろ別する。この時のろ液は、加水分解時に加えたクラスター酸触媒の大部分が溶解していると考えられるので、減圧乾固し溶媒を除くことによって、クラスター酸触媒を再生することができる。
続いて、1回目のろ過で得られた固体分に、再度第一の有機溶媒を加えて攪拌する。この時の溶媒量、攪拌温度及び攪拌時間は、1回目と同様であるのが好ましい。2回目のろ過によって得られたろ液は、他の混合物と合わせて、次回以降のクラスター酸触媒の分離に用いる。ただし、1回目のろ過で得られたろ液と混合して、クラスター酸触媒を再生してもよい。
さらに、2回目のろ過で得られた固体分に、再度第一の有機溶媒を加えて攪拌する。ろ過を繰り返すほど、クラスター酸触媒濃度が下がってくるので、新しい有機溶媒を使用するのが好ましい。この時の溶媒量、攪拌温度及び攪拌時間は、1回目と同様であるのが好ましい。3回目のろ過で得られた固体分は、後のクラスター酸触媒除去工程に用いる。なお、3回目のろ過によって得られたろ液は、2回目のろ過によって得られたろ液同様に、他の混合物と合わせて再度クラスター酸触媒の分離に用いてもよいし、1回目のろ過で得られたろ液と混合して、クラスター酸触媒を再生してもよい。
FIG. 3 is a diagram showing a typical example of the first solid-liquid separation step of the present invention.
First, the first organic solvent is added to the mixture containing the saccharide produced in the hydrolysis step and the cluster acid catalyst and stirred. The amount of the first organic solvent is not particularly limited as long as the mixture wets the whole, and the temperature is preferably room temperature to 50 ° C. and the stirring time is preferably 10 to 30 minutes.
Next, it is separated by filtration into a solid content (filtrate) and a filtrate. In the filtrate at this time, it is considered that most of the cluster acid catalyst added at the time of hydrolysis is dissolved. Therefore, the cluster acid catalyst can be regenerated by drying under reduced pressure and removing the solvent.
Subsequently, the first organic solvent is added again to the solid obtained by the first filtration and stirred. The amount of solvent, the stirring temperature and the stirring time at this time are preferably the same as in the first time. The filtrate obtained by the second filtration is used for the separation of the cluster acid catalyst from the next time, together with other mixtures. However, the cluster acid catalyst may be regenerated by mixing with the filtrate obtained by the first filtration.
Furthermore, the first organic solvent is added again to the solid content obtained by the second filtration and stirred. It is preferable to use a new organic solvent because the cluster acid catalyst concentration decreases as the filtration is repeated. The amount of solvent, the stirring temperature and the stirring time at this time are preferably the same as in the first time. The solid content obtained by the third filtration is used in the subsequent cluster acid catalyst removal step. In addition, the filtrate obtained by the third filtration may be used again for the separation of the cluster acid catalyst in combination with other mixtures as in the filtrate obtained by the second filtration, or obtained by the first filtration. The cluster acid catalyst may be regenerated by mixing with the obtained filtrate.

第二の固液分離工程(2)は、第一の固液分離工程において得られる固体分、又は後述する圧搾工程において得られるクラスター酸触媒溶出後の固体分を水と混合した後、植物繊維残渣と水溶液とに分離する工程である。   In the second solid-liquid separation step (2), after mixing the solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the solid content obtained after elution of the cluster acid catalyst obtained in the pressing step described later with water, plant fibers This is a step of separating the residue into an aqueous solution.

図4は、本発明の第二の固液分離工程の典型例を示した図である。
まず初めに、第一の固液分離工程において得られる固体分、又は圧搾工程において得られるクラスター酸触媒溶出後の固体分に、蒸留水を加えて攪拌する。蒸留水の量によって、水溶液中の糖濃度を調節する。
次に、ろ過によって植物繊維残渣と水溶液にろ別する。この時の水溶液は、上述した加水分解工程において得られた糖の大部分が溶解していると考えられるので、減圧乾固し水分を除くことによって、糖の結晶を得ることができる。
FIG. 4 is a diagram showing a typical example of the second solid-liquid separation step of the present invention.
First, distilled water is added to the solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the solid content obtained after elution of the cluster acid catalyst obtained in the pressing step and stirred. The sugar concentration in the aqueous solution is adjusted by the amount of distilled water.
Next, it separates into a vegetable fiber residue and aqueous solution by filtration. Since it is considered that most of the sugar obtained in the hydrolysis step described above is dissolved in the aqueous solution at this time, sugar crystals can be obtained by drying under reduced pressure and removing water.

圧搾工程(3)は、上述した第一の固液分離工程において得られる固体分、又は上述した第二の固液分離工程において得られる植物繊維残渣に、糖に対しては貧溶媒でありクラスター酸触媒に対しては良溶媒である第二の有機溶媒を含浸させた後、圧搾することにより、固体分又は植物繊維残渣中の細孔内に残ったクラスター酸触媒を溶出させる工程である。   The pressing step (3) is a poor solvent for sugars in the solid content obtained in the first solid-liquid separation step described above or the plant fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step described above and is a cluster. In this step, the acid catalyst is impregnated with a second organic solvent, which is a good solvent, and then squeezed to elute the cluster acid catalyst remaining in the pores of the solid or plant fiber residue.

木材にはリグニン等加水分解されない成分が含まれており、したがって、クラスター酸触媒を用いた加水分解後において、リグニン等を含む残渣が得られる。当該残渣中には、加水分解反応においてセルロースやヘミセルロースが反応して抜けおち、細孔が生じている。前記細孔内に残存したクラスター酸触媒は、第一及び第二の固液分離工程においては十分に回収できないと考えられる。
したがって、圧搾工程において、植物繊維残渣中の細孔内に残ったクラスター酸触媒を溶出させることで、これまで十分に回収できなかった細孔内に残存したクラスター酸触媒を回収することができる。
Wood contains components that are not hydrolyzed, such as lignin, and thus a residue containing lignin and the like is obtained after hydrolysis using a cluster acid catalyst. In the residue, cellulose or hemicellulose reacts in the hydrolysis reaction and falls out, resulting in pores. It is considered that the cluster acid catalyst remaining in the pores cannot be sufficiently recovered in the first and second solid-liquid separation steps.
Therefore, in the pressing step, by eluting the cluster acid catalyst remaining in the pores in the plant fiber residue, the cluster acid catalyst remaining in the pores that could not be sufficiently recovered until now can be recovered.

圧搾の具体的方法としては、その例として、スクリュー型デカンタを用いる方法、プレス板型デカンタを用いる方法などが挙げられる。
スクリュー型デカンタとは、外筒スクリーン中に内筒スクリューを設けた脱液室内において、スクリューの回転を利用して試料のプレス脱液を行う装置である。特に、外筒スクリーンを固定した従来型のスクリュー型デカンタよりも、外筒スクリーンを常時低速で回転させ、内筒スクリューを同じ回転方向に外筒スクリーンより速い速度で差動回転させることによりプレス脱液を行う差動回転式スクリュー型デカンタを用いるのが、高効率であり好ましい。
プレス板型デカンタとは、プレス板によって連続プレスし、固体と液体とを分離する装置である。特に、プレス後の固体を搬送するためのスクリュー機構が付属していることが好ましい。
Specific examples of the pressing method include a method using a screw type decanter and a method using a press plate type decanter.
The screw-type decanter is an apparatus that presses and removes a sample by utilizing the rotation of a screw in a liquid removal chamber provided with an inner cylinder screw in an outer cylinder screen. In particular, the outer cylinder screen is always rotated at a lower speed than the conventional screw type decanter with the outer cylinder screen fixed, and the inner cylinder screw is differentially rotated in the same rotational direction at a higher speed than the outer cylinder screen. It is preferable to use a differential rotary screw type decanter for performing the liquid because of high efficiency.
A press plate type decanter is a device that continuously presses with a press plate to separate a solid and a liquid. In particular, it is preferable that a screw mechanism for conveying the pressed solid is attached.

上記第二の有機溶媒として、具体的には、例えば、エタノール、メタノール、n−プロパノール等のアルコール類が挙げられる。アルコール類は好適に用いることができ、中でもエタノールが好適である。エタノールは、クラスター酸触媒の溶解性が非常に高いため最適な溶媒の一つである。
このように、第二の有機溶媒としてアルコール類を用いることによって、圧搾工程において、固体物中又は植物繊維残渣中からクラスター酸触媒を可能な限り溶出させることができる。
Specific examples of the second organic solvent include alcohols such as ethanol, methanol, and n-propanol. Alcohols can be preferably used, and ethanol is particularly preferable. Ethanol is one of the most suitable solvents because the solubility of the cluster acid catalyst is very high.
Thus, by using alcohol as the second organic solvent, the cluster acid catalyst can be eluted as much as possible from the solid matter or the plant fiber residue in the pressing step.

図5は、本発明の圧搾工程の典型例を示した図である。
まず初めに、第一の固液分離工程において得られる固体分、又は第二の固液分離工程において得られる植物繊維残渣を乾燥させた後、第二の有機溶媒に含浸させる。第二の有機溶媒の量は、固体分又は植物繊維残渣が全体に湿潤する程度の量でよい。
次に、圧搾によって植物繊維残渣とクラスター酸触媒溶液に分離する。圧搾には、上述したスクリュー型デカンタ、プレス板型デカンタのいずれも用いることができる。
その後、十分に圧搾できたかどうかを判定する。判定方法の一例としては、圧搾前後における重量減少が挙げられる。十分に圧搾できていないと判定された場合、第二の有機溶媒に含浸し、再度圧搾を行う。判定基準に依るが、圧搾は3回程度行うのが好ましい。
FIG. 5 is a diagram showing a typical example of the pressing process of the present invention.
First, the solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the vegetable fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step is dried and then impregnated in the second organic solvent. The amount of the second organic solvent may be such that the solid content or the vegetable fiber residue is wetted throughout.
Next, it isolate | separates into a vegetable fiber residue and a cluster acid catalyst solution by pressing. For the compression, any of the above-described screw type decanter and press plate type decanter can be used.
Then, it is determined whether it was able to fully squeeze. An example of the determination method is weight reduction before and after pressing. When it determines with not being able to fully squeeze, it impregnates in a 2nd organic solvent and squeezes again. Depending on the criteria, it is preferable to squeeze about three times.

上述したように、(2)第二の固液分離工程と(3)圧搾工程は、どちらを先に行ってもよい。図6は、本発明の糖化分離方法の典型例を示した図であり、第一の固液分離工程、第二の固液分離工程、圧搾工程の順に行う工程図である。
本典型例においては、第一の固液分離工程において得られた固体分(ろ過物3)を基に、第二の固液分離工程において、植物繊維残渣と水溶液とに分離し、さらに、得られた当該植物繊維残渣について、圧搾工程を経ることにより、植物繊維残渣中の細孔内に残ったクラスター酸触媒を回収する。
As described above, either (2) the second solid-liquid separation step or (3) the pressing step may be performed first. FIG. 6 is a diagram showing a typical example of the saccharification / separation method of the present invention, and is a process diagram performed in the order of the first solid-liquid separation process, the second solid-liquid separation process, and the pressing process.
In this typical example, based on the solid content (filtrate 3) obtained in the first solid-liquid separation step, the plant fiber residue and the aqueous solution are separated in the second solid-liquid separation step. About the obtained plant fiber residue, the cluster acid catalyst which remained in the pore in a plant fiber residue is collect | recovered through a pressing process.

図7は、本発明の糖化分離方法の第二の典型例を示した図であり、第一の固液分離工程、圧搾工程、第二の固液分離工程の順に行う工程図である。なお、本第二の典型例においては、第一の固液分離工程について、ろ過の回数を2回に変更して記載している。
本第二の典型例においては、第一の固液分離工程において得られた固体分(ろ過物2)を、さらに圧搾工程を経ることにより、固体分中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を回収し、クラスター酸触媒溶出後の固体分を基に、第二の固液分離工程において、植物繊維残渣と水溶液とに分離している。
FIG. 7 is a diagram showing a second typical example of the saccharification / separation method of the present invention, and is a process diagram performed in the order of the first solid-liquid separation step, the pressing step, and the second solid-liquid separation step. In the second typical example, the first solid-liquid separation step is described by changing the number of times of filtration to two.
In the second typical example, the solid content (filtrate 2) obtained in the first solid-liquid separation step is further subjected to a pressing step, whereby the cluster acid remaining in the pores in the solid content is obtained. The catalyst is recovered and separated into a vegetable fiber residue and an aqueous solution in the second solid-liquid separation step based on the solid content after elution of the cluster acid catalyst.

本発明によれば、圧搾工程において、第一の固液分離工程において得られた固体分又は第二の固液分離工程において得られた植物繊維残渣中の細孔内に残ったクラスター酸触媒を溶出させることで、クラスター酸触媒の回収率を向上することができる。また、本発明によれば、糖中への前記クラスター酸触媒の残留量を極力減らすことができるので、純度の高い糖を得ることができる。   According to the present invention, the cluster acid catalyst remaining in the pores in the solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the plant fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step is obtained in the pressing step. By elution, the recovery rate of the cluster acid catalyst can be improved. In addition, according to the present invention, since the residual amount of the cluster acid catalyst in the sugar can be reduced as much as possible, a highly pure sugar can be obtained.

1.植物系繊維材料の糖化分離
以下に示す実施例1及び2の方法で、植物系繊維材料の糖化分離を行った。
なお、クラスター酸は、ICP(Inductively Coupled Plasma)により同定、定量を行った。
1. Saccharification / separation of plant fiber material The saccharification / separation of plant fiber material was performed by the methods of Examples 1 and 2 described below.
The cluster acid was identified and quantified by ICP (Inductively Coupled Plasma).

[実施例1]
密閉容器内に、予め蒸留水を入れ、予定の反応温度(70℃)まで昇温し、容器内を飽和蒸気圧状態とし、容器内面に水蒸気を付着させた。
次に、図2に示すように、クラスター酸触媒の一種であるヘテロポリ酸(予め結晶水量を測定済み)1kg、ヘテロポリ酸の結晶水量を100%にするために必要な水分とセルロースが加水分解してグルコースになるのに必要な水分(55.6g)との合計量からの不足分(上記70℃での飽和蒸気圧分の水分は除く)の蒸留水(35g)を容器に投入し、加熱攪拌し、容器内温度が70℃になってから、さらに5分間攪拌を続けた。
続いて、容器内に植物系繊維材料として杉粉砕品0.5kgを投入し、70℃で2時間攪拌を続けた。その後、加熱を停止し、容器の密閉を開放し余分な水蒸気を排出させながら、室温まで冷却した(以上、加水分解工程)。
次に、得られた混合物に対して、図6に示す典型例の工程のように、第一の固液分離工程、第二の固液分離工程、圧搾工程の順に分離を行った。
第一の固液分離工程においては、図6に示すように、混合物に500mlの2回洗浄に使用したエタノールを添加して30分間攪拌した後、ろ過し、ろ液1及びろ過物1を得た。ろ液1(ヘテロポリ酸エタノール溶液)は回収した。一方、ろ過物1には、さらに、500mlの1回洗浄に使用したエタノールを添加し、30分間攪拌した後、ろ過し、ろ液2及びろ過物2を得た。ろ過物2に、500mlの新品のエタノールを添加し、30分間攪拌した後、ろ過し、ろ液3及びろ過物3を得た。
第二の固液分離工程においては、第一の固液分離工程において得られたろ過物3に蒸留水を300mL添加した後、ろ過し、植物繊維残渣と水溶液とにろ別した。
圧搾工程においては、第二の有機溶媒としてエタノールを500mL使用し、第二の固液分離工程において得られた植物繊維残渣を常温で30分含浸させた後、上述したプレス板型デカンタを用いた圧搾により、植物繊維残渣からヘテロポリ酸を含んだ圧搾液を得た。当該圧搾液は減圧乾固し、ヘテロポリ酸を得た。
回収したヘテロポリ酸の総量は、加水分解に用いた量の98.7%であった。
[Example 1]
Distilled water was put in the sealed container in advance, the temperature was raised to a predetermined reaction temperature (70 ° C.), the inside of the container was brought into a saturated vapor pressure state, and water vapor was adhered to the inner surface of the container.
Next, as shown in FIG. 2, 1 kg of heteropolyacid (a crystallization water amount has been measured in advance), which is a type of cluster acid catalyst, and water and cellulose required to make the crystallization water amount of the heteropolyacid 100% hydrolyze. Into the container, distilled water (35 g) of a deficiency from the total amount of water necessary to become glucose (55.6 g) (excluding the moisture at the saturated vapor pressure at 70 ° C.) is put into a container and heated. Stirring was continued, and stirring was continued for another 5 minutes after the temperature in the container reached 70 ° C.
Subsequently, 0.5 kg of ground cedar as a plant fiber material was placed in the container, and stirring was continued at 70 ° C. for 2 hours. Thereafter, the heating was stopped, and the container was cooled to room temperature while opening the container and discharging excess water vapor (the hydrolysis step).
Next, the obtained mixture was separated in the order of the first solid-liquid separation step, the second solid-liquid separation step, and the pressing step as in the typical example shown in FIG.
In the first solid-liquid separation step, as shown in FIG. 6, 500 ml of ethanol used for washing twice is added to the mixture and stirred for 30 minutes, followed by filtration to obtain filtrate 1 and filtrate 1. It was. Filtrate 1 (heteropolyacid ethanol solution) was recovered. On the other hand, the filtrate 1 was further added with 500 ml of ethanol used for washing once, stirred for 30 minutes, and then filtered to obtain a filtrate 2 and a filtrate 2. 500 ml of new ethanol was added to the filtrate 2 and stirred for 30 minutes, followed by filtration to obtain a filtrate 3 and a filtrate 3.
In the second solid-liquid separation step, 300 mL of distilled water was added to the filtrate 3 obtained in the first solid-liquid separation step, followed by filtration and separation into a vegetable fiber residue and an aqueous solution.
In the pressing step, 500 mL of ethanol was used as the second organic solvent, and after impregnating the plant fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step at room temperature for 30 minutes, the above-described press plate decanter was used. The pressing liquid containing heteropoly acid was obtained from the plant fiber residue by pressing. The said pressing liquid was dried under reduced pressure and the heteropoly acid was obtained.
The total amount of heteropolyacid recovered was 98.7% of the amount used for hydrolysis.

[実施例2]
実施例1と同様に、杉粉砕品0.5kgに対して、クラスター酸触媒の一種であるヘテロポリ酸1kgを用いて、図2に示す工程に従って加水分解を行った後、糖及びヘテロポリ酸を含む混合物を得た。
次に、得られた混合物に対して、図7に示す第二の典型例の工程のように、第一の固液分離工程、圧搾工程、第二の固液分離工程の順に分離を行った。
第一の固液分離工程においては、図7に示すように、混合物に500mlの1回洗浄に使用したエタノールを添加して30分間攪拌した後、ろ過し、ろ液1及びろ過物1を得た。ろ液1(ヘテロポリ酸エタノール溶液)は回収した。一方、ろ過物1には、さらに、500mlの新品のエタノールを添加し、30分間攪拌した後、ろ過し、ろ液2及びろ過物2を得た。
圧搾工程においては、第二の有機溶媒としてエタノールを300mL使用し、第一の固液分離工程において得られた固体分を常温で30分含浸させた後、上述したプレス板型デカンタを用いた圧搾により、植物繊維残渣からヘテロポリ酸を含んだ圧搾液を得た。当該圧搾液は減圧乾固し、ヘテロポリ酸を得た。
第二の固液分離工程においては、圧搾工程において得られたクラスター酸触媒溶出後の固体分に蒸留水を500mL添加した後、ろ過し、植物繊維残渣と水溶液とにろ別した。
回収したヘテロポリ酸の総量は、加水分解に用いた量の98.7%であった。
[Example 2]
Similarly to Example 1, 0.5 kg of cedar ground product is subjected to hydrolysis according to the process shown in FIG. 2 using 1 kg of heteropolyacid which is a kind of cluster acid catalyst, and then contains sugar and heteropolyacid. A mixture was obtained.
Next, the obtained mixture was separated in the order of the first solid-liquid separation step, the pressing step, and the second solid-liquid separation step, as in the second typical example shown in FIG. .
In the first solid-liquid separation step, as shown in FIG. 7, 500 ml of ethanol used for one-time washing is added to the mixture and stirred for 30 minutes, followed by filtration to obtain filtrate 1 and filtrate 1. It was. Filtrate 1 (heteropolyacid ethanol solution) was recovered. On the other hand, 500 ml of new ethanol was further added to the filtrate 1 and stirred for 30 minutes, followed by filtration to obtain a filtrate 2 and a filtrate 2.
In the pressing step, 300 mL of ethanol is used as the second organic solvent, the solid content obtained in the first solid-liquid separation step is impregnated at room temperature for 30 minutes, and then the pressing using the press plate type decanter described above. Thereby, the pressing liquid containing heteropoly acid was obtained from the vegetable fiber residue. The said pressing liquid was dried under reduced pressure and the heteropoly acid was obtained.
In the second solid-liquid separation step, 500 mL of distilled water was added to the solid content after the elution of the cluster acid catalyst obtained in the pressing step, followed by filtration and separation into a vegetable fiber residue and an aqueous solution.
The total amount of heteropolyacid recovered was 98.7% of the amount used for hydrolysis.

[比較例]
実施例1と同様に、杉粉砕品0.5kgに対して、クラスター酸触媒の一種であるヘテロポリ酸1kgを用いて、図2に示す工程に従って加水分解を行った後、糖及びヘテロポリ酸を含む混合物を得た。
次に、得られた混合物に対して、図8に示す工程のように、第一の固液分離工程、第二の固液分離工程の順に分離を行った。なお、本発明の特徴の1つである圧搾工程は行わなかった。
第一の固液分離工程においては、上述した実施例1と同様に固液分離を3回行い、ろ液3とろ過物3を得た。
第二の固液分離工程においては、第一の固液分離工程において得られたろ過物3に蒸留水を300mL添加した後、ろ過し、植物繊維残渣と水溶液とにろ別した。
回収したヘテロポリ酸の総量は、加水分解に用いた量の96.7%であった。
[Comparative example]
Similarly to Example 1, 0.5 kg of cedar ground product is subjected to hydrolysis according to the process shown in FIG. 2 using 1 kg of heteropolyacid which is a kind of cluster acid catalyst, and then contains sugar and heteropolyacid. A mixture was obtained.
Next, the obtained mixture was separated in the order of the first solid-liquid separation step and the second solid-liquid separation step as in the step shown in FIG. In addition, the pressing process which is one of the characteristics of this invention was not performed.
In the first solid-liquid separation step, the solid-liquid separation was performed three times in the same manner as in Example 1 described above to obtain the filtrate 3 and the filtrate 3.
In the second solid-liquid separation step, 300 mL of distilled water was added to the filtrate 3 obtained in the first solid-liquid separation step, followed by filtration and separation into a vegetable fiber residue and an aqueous solution.
The total amount of recovered heteropolyacid was 96.7% of the amount used for hydrolysis.

2.実施例の効果
実施例1及び2と比較例の結果を比べることにより、植物繊維残渣又は固体分からヘテロポリ酸を溶出させる圧搾工程を導入することによって、ヘテロポリ酸の回収率を96.7%から98.7%へ向上させることができることが分かった。また、実施例1及び2の結果を比較することにより、圧搾工程は、本発明の糖化分離方法のどの段階に導入しても、ほぼ同様の効果が得られることが分かった。
2. Effects of Examples By comparing the results of Examples 1 and 2 with the results of Comparative Examples, by introducing a pressing step for eluting the heteropolyacid from the plant fiber residue or solid content, the recovery rate of the heteropolyacid is increased from 96.7% to 98 It was found that it can be improved to 7%. Moreover, by comparing the results of Examples 1 and 2, it was found that the same effect can be obtained regardless of the stage of the saccharification / separation method of the present invention.

クラスター酸触媒の一種である、ヘテロポリ酸(リンタングステン酸)のケギン構造を示す図である。It is a figure which shows the Keggin structure of heteropoly acid (phosphotungstic acid) which is 1 type of a cluster acid catalyst. 本発明の加水分解工程の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the hydrolysis process of this invention. 本発明の第一の固液分離工程の典型例を示した図である。It is the figure which showed the typical example of the 1st solid-liquid separation process of this invention. 本発明の第二の固液分離工程の典型例を示した図である。It is the figure which showed the typical example of the 2nd solid-liquid separation process of this invention. 本発明の圧搾工程の典型例を示した図である。It is the figure which showed the typical example of the pressing process of this invention. 本発明の糖化分離方法の典型例を示した図であり、第一の固液分離工程、第二の固液分離工程、圧搾工程の順に行う際の工程図である。It is the figure which showed the typical example of the saccharification separation method of this invention, and is a process figure at the time of performing in order of a 1st solid-liquid separation process, a 2nd solid-liquid separation process, and a pressing process. 本発明の糖化分離方法の第二の典型例を示した図であり、第一の固液分離工程、圧搾工程、第二の固液分離工程の順に行う際の工程図である。It is the figure which showed the 2nd typical example of the saccharification separation method of this invention, and is a process figure at the time of performing in order of a 1st solid-liquid separation process, a pressing process, and a 2nd solid-liquid separation process. 比較例の工程を示した図である。It is the figure which showed the process of the comparative example.

Claims (6)

クラスター酸触媒を用いて、植物系繊維材料に含まれるセルロースを加水分解し、グルコースを主とする糖を生成させる加水分解工程と、
少なくとも、前記加水分解工程において生成した糖、及び前記クラスター酸触媒を含む混合物と、糖に対しては貧溶媒であり前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒である第一の有機溶媒を混合する過程を経て、クラスター酸触媒を含む有機溶媒溶液分と、糖及びクラスター酸触媒の残留分を含む固体分とに分離する第一の固液分離工程と、
前記第一の固液分離工程において得られる前記固体分、又は後の工程である圧搾工程において得られるクラスター酸触媒溶出後の固体分を水と混合した後、植物繊維残渣と水溶液とに分離する第二の固液分離工程と、
前記第一の固液分離工程において得られる前記固体分、又は前記第二の固液分離工程において得られる前記植物繊維残渣に、糖に対しては貧溶媒であり前記クラスター酸触媒に対しては良溶媒である第二の有機溶媒を含浸させた後、圧搾することにより、前記固体分又は前記植物繊維残渣中の細孔内に残った前記クラスター酸触媒を溶出させる圧搾工程を有することを特徴とする、植物系繊維材料の糖化分離方法。
Hydrolyzing cellulose contained in the plant fiber material using a cluster acid catalyst to produce a sugar mainly composed of glucose,
At least a mixture of the saccharide produced in the hydrolysis step and the cluster acid catalyst is mixed with a first organic solvent that is a poor solvent for the saccharide and a good solvent for the cluster acid catalyst. A first solid-liquid separation step for separating the organic solvent solution containing the cluster acid catalyst and the solid containing the sugar and cluster acid catalyst residue through the process;
The solid content obtained in the first solid-liquid separation step or the solid content after elution of the cluster acid catalyst obtained in the subsequent pressing step is mixed with water, and then separated into a plant fiber residue and an aqueous solution. A second solid-liquid separation step;
The solid content obtained in the first solid-liquid separation step, or the plant fiber residue obtained in the second solid-liquid separation step, is a poor solvent for sugar and for the cluster acid catalyst It is characterized by having a pressing step of eluting the cluster acid catalyst remaining in the pores in the solid content or the plant fiber residue by pressing after impregnating the second organic solvent which is a good solvent. A method for saccharification and separation of plant fiber materials.
前記加水分解工程を、常圧〜1MPaの条件下、140℃以下で行う、請求項1に記載の糖化分離方法。   The saccharification / separation method according to claim 1, wherein the hydrolysis step is performed at 140 ° C. or lower under conditions of normal pressure to 1 MPa. 前記クラスター酸触媒がヘテロポリ酸である、請求項1又は2に記載の糖化分離方法。   The saccharification and separation method according to claim 1 or 2, wherein the cluster acid catalyst is a heteropolyacid. 前記第一の固液分離工程において、前記第一の有機溶媒に対する前記糖の溶解度が1g/100ml以下である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の糖化分離方法。   The saccharification and separation method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the first solid-liquid separation step, the solubility of the sugar in the first organic solvent is 1 g / 100 ml or less. 前記第一の固液分離工程において、前記第一の有機溶媒としてエーテル類及びアルコール類から選ばれる少なくとも一種を用いる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の糖化分離方法。   5. The saccharification and separation method according to claim 1, wherein in the first solid-liquid separation step, at least one selected from ethers and alcohols is used as the first organic solvent. 前記圧搾工程において、前記第二の有機溶媒としてアルコール類を用いる、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の糖化分離方法。   The saccharification and separation method according to any one of claims 1 to 5, wherein an alcohol is used as the second organic solvent in the pressing step.
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