JP2011010597A - Sugar and method for producing sugar, method for producing ethanol and method for producing lactic acid - Google Patents

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Takeshi Tokuyasu
健 徳安
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing sugar, a method for producing ethanol and a method for producing lactic acid, in which enzymatic saccharification is efficiently carried out and hence the efficiencies of producing sugar, ethanol and lactic acid are improved, and to provide sugar produced by the method for producing sugar.SOLUTION: The method for producing sugar includes: a process for alkali treatment in which a cellulose fraction whose crystallized type is changed is obtained from the alkali treated products of at least either leaf and stem part of herb material or broad leaf tree material; and a process for saccharification in which the cellulose included in the cellulose fraction is saccharified by enzymes.

Description

本発明は、糖及び糖の製造方法、並びにエタノールの製造方法及び乳酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a sugar and a method for producing sugar, a method for producing ethanol, and a method for producing lactic acid.

バイオ燃焼への世界的ニーズの高まりに対応して、世界的規模でバイオエタノールの製造技術の開発競争が繰り広げられている。特に、食料資源と競合しないセルロース系バイオマス原料の利用技術開発が、欧米のみならず我が国においても最も重要なブレイクスルーとなりうることが期待されている。   In response to the increasing global needs for bio-combustion, competition for the development of bioethanol production technology has been developed on a global scale. In particular, it is expected that development of utilization technology of cellulosic biomass that does not compete with food resources will be the most important breakthrough not only in Europe and the United States but also in Japan.

従来、バイオエタノールの原料としては、主にサトウキビなどの糖質や、穀物などのデンプン質が用いられていたが、これらの原料は食物や飼料としても利用可能なものが多いため、各原料を用いたバイオエタノールの生産量を増加させると、食料や飼料の供給に影響を及ぼすことが懸念される。   Conventionally, sugars such as sugar cane and starches such as cereals were mainly used as raw materials for bioethanol, but these raw materials are often used as food and feed. Increasing the production of bioethanol used is a concern for affecting the supply of food and feed.

一方、草や樹木などは食料生産と競合しないため、エネルギー利用に有用なバイオマス原料である。植物に由来するセルロース系バイオマス原料は、セルロース、ヘミセルロース、及びリグニンを主成分として含む。前記セルロースは、グルコースがβ−1,4−グルコシド結合して直鎖状に形成されている繊維状の多糖類であり、植物の細胞壁を構成する主要な成分である。前記ヘミセルロースは、前記セルロースと共に植物の細胞壁などを構成する多糖類である。前記リグニンは、ヒドロキシフェニルプロパンを基本単位として重合した高分子物質である。これらの中でも、前記セルロースは、地球上で最も存在量の多い天然高分子である。
そこで、近年、草本系バイオマスや木質系バイオマスなどのセルロースを含む原料からエタノールを製造し、各種燃料や化学原料として利用しようとする試みが広く行われている。
On the other hand, grass and trees do not compete with food production and are useful biomass materials for energy use. Cellulosic biomass materials derived from plants contain cellulose, hemicellulose, and lignin as main components. The cellulose is a fibrous polysaccharide in which glucose is formed in a straight chain by β-1,4-glucoside bonding, and is a main component constituting a cell wall of a plant. The said hemicellulose is a polysaccharide which comprises the cell wall etc. of a plant with the said cellulose. The lignin is a polymer material polymerized using hydroxyphenylpropane as a basic unit. Among these, the cellulose is a natural polymer having the largest abundance on the earth.
Therefore, in recent years, attempts have been widely made to produce ethanol from raw materials containing cellulose such as herbaceous biomass and woody biomass and use them as various fuels and chemical raw materials.

セルロース系バイオマス原料からのエタノールの製造は、例えば、収集したバイオマス原料を酵素糖化により糖に分解した後、酵母などの微生物を用いて発酵し、エタノールに変換することにより行うことができる。
セルロース系バイオマス原料から糖を抽出するためには、植物体内に高分子で存在しているセルロース及びヘミセルロースを可溶化すると同時に、グルコースなどの単糖類に分解する必要がある。しかしながら、セルロース系バイオマス原料中の糖質は複雑な構造を有する細胞壁中に埋め込まれており、糖化に先立ち苛酷な条件、例えば、濃硫酸や濃塩酸などの強酸を用いて前処理を行い、糖質を分離する方法が用いられてきたが、環境負荷低減の観点からこれらの強酸の使用は避けることが望まれている。
Production of ethanol from cellulosic biomass material can be performed, for example, by decomposing the collected biomass material into sugar by enzymatic saccharification, then fermenting it with a microorganism such as yeast and converting it to ethanol.
In order to extract sugar from a cellulosic biomass raw material, it is necessary to solubilize cellulose and hemicellulose existing in a macromolecule in the plant body and simultaneously decompose them into monosaccharides such as glucose. However, saccharides in cellulosic biomass raw materials are embedded in cell walls having a complex structure, and are pretreated using harsh conditions such as strong acid such as concentrated sulfuric acid and concentrated hydrochloric acid before saccharification. Although the method of separating the quality has been used, it is desired to avoid the use of these strong acids from the viewpoint of reducing the environmental load.

そこで、近年、濃硫酸や濃塩酸などの強酸による糖化に代わる手段として、酵素を用いたバイオマス原料の糖化が広く研究されている。酵素による糖化は、環境負荷低減、生成物の選択性、及び収率の高さの観点から望ましい手段であるが、セルロース系バイオマス原料の糖化に用いられる酵素は、既に実用化されているデンプンの酵素糖化に必要なアミラーゼ添加量と比較して、セルロースを糖化するために必要なセルラーゼの添加量が著しく多いことから、糖変換コストの増大が問題となっている。
また、バイオマス原料の酵素糖化については、反応時間が24時間〜100時間以上かかることを想定しており、実用的なバイオエタノールの製造技術の開発がほとんど行われていないのが現状である。
Therefore, in recent years, saccharification of biomass raw materials using enzymes has been widely studied as an alternative to saccharification with strong acids such as concentrated sulfuric acid and concentrated hydrochloric acid. Enzymatic saccharification is a desirable means from the viewpoints of reducing environmental burden, product selectivity, and high yield. Enzymes used for saccharification of cellulosic biomass raw materials are starches that have already been put to practical use. Compared with the amylase addition amount required for enzymatic saccharification, the addition amount of cellulase necessary for saccharifying cellulose is remarkably large, and therefore the increase in sugar conversion cost is a problem.
Moreover, about the enzymatic saccharification of biomass raw material, it is assumed that reaction time will take 24 hours-100 hours or more, and the present condition is that practical bioethanol production technology is hardly developed.

更に、この酵素糖化は、バイオマス原料に対して直接行なっても効率のよい酵素糖化を行なうことはできない。自然界に存在するセルロースは、セルロースI型と呼ばれる平行鎖構造であり、隣り合うセルロース分子が同方向に並んでおり、分子内及び分子間の水素結合により頑丈な構造物を構築している。酵素糖化を行う際には、これらの水素結合を切断しつつセルロース分子を酵素活性中心部分に導く必要があり、その速度が遅いことから、酵素糖化効率が低くなるものと考えられている。   Furthermore, even if this enzymatic saccharification is directly performed on a biomass raw material, efficient enzymatic saccharification cannot be performed. Cellulose existing in nature has a parallel chain structure called cellulose type I. Adjacent cellulose molecules are aligned in the same direction, and a strong structure is constructed by intramolecular and intermolecular hydrogen bonding. When enzymatic saccharification is performed, it is necessary to guide cellulose molecules to the enzyme active center part while breaking these hydrogen bonds, and since the rate is slow, it is considered that the enzymatic saccharification efficiency is lowered.

そこで、酵素糖化を行うために酵素を作用させ易くする目的から、予めバイオマス原料に対して前処理を行うことが必要となる。バイオマス原料の前処理方法としては様々な方法が知られているが、希硫酸、加圧熱水などによる蒸煮処理などが一般的である(特許文献1〜4参照)。しかしながら、前述したように硫酸の使用は好ましくない。また、バイオマス原料にこれらの前処理を行い、得られた処理物を酵素糖化に供する場合では、所望の程度の酵素糖化効率を得るためには該前処理を多段で行う必要があることや、200℃以上の高温にしなければならないことなどの点で問題である。   Therefore, it is necessary to pre-process the biomass raw material in advance for the purpose of facilitating the action of the enzyme for enzymatic saccharification. Various methods are known as pretreatment methods for biomass raw materials, but steaming treatment with dilute sulfuric acid, pressurized hot water, and the like are common (see Patent Documents 1 to 4). However, as described above, the use of sulfuric acid is not preferable. Further, when these pretreatments are performed on the biomass raw material and the obtained processed product is subjected to enzymatic saccharification, it is necessary to perform the pretreatment in multiple stages in order to obtain a desired degree of enzymatic saccharification efficiency, This is a problem in that the temperature must be higher than 200 ° C.

バイオマス原料を物理的手段により微細に粉砕することにより、化学的、生物化学的反応性が向上することも知られているが、粉砕のみにより十分な酵素糖化効率を得ようとすると、粉砕工程に多大なエネルギーを要し、経済合理性を失うおそれがある点で問題である。   It is also known that chemical and biochemical reactivity can be improved by finely pulverizing biomass raw materials by physical means. However, if sufficient enzymatic saccharification efficiency is obtained by pulverization alone, This is a problem in that it requires a lot of energy and may lose economic rationality.

また、バイオマス原料を、有機アミンやアンモニアを用いて前処理することにより、その化学的、生物化学的反応性が向上することが報告(特許文献5参照)されているが、前記前処理されたバイオマスであっても、その酵素糖化効率は未だ十分とはいえない点で問題である。   In addition, it has been reported that the chemical and biochemical reactivity of the biomass raw material is improved by pretreatment using organic amine or ammonia (see Patent Document 5). Even in the case of biomass, the enzymatic saccharification efficiency is a problem in that it is not yet sufficient.

更に、バイオマス原料を、超臨界アンモニア流体処理により前処理することで、セルロースの結晶型をセルロースI型からセルロースIII型へと改変させ、酵素の加水分解を促進することも報告(特許文献6参照)されているが、この方法では、バイオマス原料の含水率を十分に低下させることが必要となり、熱エネルギー使用量が増すこと、高価なアンモニアの回収や再利用技術を合わせて開発する必要があること、バイオマス原料中のリグニンやヘミセルロースが残存するため廃液処理効率が悪く、スラリー濃度の確保が困難であり、酵素の非特異的吸着を促すため酵素の再利用率も低いものであり、最終段階となる廃液処理上の負荷が増すものと考えられる点で問題である。 Furthermore, it is also reported that the biomass raw material is pretreated by supercritical ammonia fluid treatment to change the crystal form of cellulose from cellulose type I to cellulose III type I to promote enzyme hydrolysis (Patent Document 6). However, with this method, it is necessary to sufficiently reduce the moisture content of the biomass raw material, increase the amount of heat energy used, and develop a combination of expensive ammonia recovery and reuse technologies. In addition, lignin and hemicellulose in the biomass raw material remain, so the waste liquid treatment efficiency is poor, it is difficult to secure the slurry concentration, and the enzyme reuse rate is low to promote nonspecific adsorption of the enzyme. This is a problem in that it is considered that the load on the waste liquid treatment which becomes a stage increases.

したがって、より酵素糖化効率を高めることのできる酵素糖化技術の開発及び前記酵素糖化に適した草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の前処理技術の開発が、未だ望まれているのが現状である。   Therefore, it is still desired to develop an enzyme saccharification technology that can further increase the enzyme saccharification efficiency and to develop a pretreatment technology for herbaceous stem and leaf material and hardwood material suitable for the enzyme saccharification.

特開2006−075007号公報JP 2006-075007 A 特開2004−121055号公報JP 2004-121055 A 特開2002−541355号公報JP 2002-541355 A 特開2002−159954号公報JP 2002-159954 A 欧州特許公開第77287号公報European Patent Publication No. 77287 特開2008−161125号公報JP 2008-161125 A

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、酵素糖化を効率的に行うことができ、そのため、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を向上させることが可能な、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法、並びに前記糖の製造方法により得られる糖を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects. That is, the present invention can efficiently carry out enzymatic saccharification, and therefore can improve sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production efficiency. It is an object to provide a method, a method for producing lactic acid, and a saccharide obtained by the method for producing saccharide.

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。即ち、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物から得られたセルロース画分は、酵素糖化の効率が非常に高いこと、前記セルロース画分には、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかに含まれるセルロースI型から改変された、該セルロースI型より結晶密度の低いセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかが含まれること、この結晶型の改変は、一定濃度以上のアルカリ水溶液中に数分間から数時間浸漬することにより行うことができること、前記改変後は水で洗浄を行なってもその結晶型が変化しないこと、前記セルロース画分の水分含有率を低下させるとセルロースII型への改変が起こり、前記セルロースII型を多く含むセルロース画分を得ることができること、セルロース画分を乾燥させることなく湿潤状態を維持することでアルカリセルロースIV型を多く含む処理物を得ることができること、前記セルロースII型は前記セルロースI型と比較して酵素糖化の効率が向上し、前記アルカリセルロースIV型は前記セルロースII型と比較して更に酵素糖化の効率が向上すること、したがって、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を格段に向上させることができるという知見である。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made extensive studies and as a result, obtained the following findings. That is, the cellulose fraction obtained from the processed material of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material has a very high enzymatic saccharification efficiency. The cellulose fraction includes the herbaceous stem and leaf material. And at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV, which are modified from cellulose type I contained in at least one of the hardwood raw materials and have a crystal density lower than that of cellulose type I, and modification of this crystalline type Can be performed by immersing in an alkaline aqueous solution of a certain concentration or more for several minutes to several hours, the crystal form does not change even after washing with water after the modification, the moisture content of the cellulose fraction When the rate is lowered, modification to cellulose type II occurs, and a cellulose fraction containing a large amount of cellulose type II is obtained. That it is possible to obtain a treated product containing a large amount of alkaline cellulose type IV by maintaining the wet state without drying the cellulose fraction, and the cellulose type II is more enzymatically saccharified than the cellulose type I. The efficiency is improved, and the alkaline cellulose type IV further improves the enzymatic saccharification efficiency as compared with the cellulose type II, and thus the sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production efficiency are greatly improved. It is a knowledge that can be made.

前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかにアルカリ処理を施すことにより、前記草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかに含まれる前記セルロースI型が前記アルカリセルロースIV型へと改変し、乾燥後に前記セルロースII型に不可逆的に改変することは、本発明らによる新たな知見である。   By subjecting at least one of the herbaceous stem and leaf material and the broad-leaved tree material to alkali treatment, the cellulose type I contained in at least one of the herbaceous stem and leaf material and the broad-leaved tree material becomes the alkaline cellulose IV type. It is a new finding according to the present invention that it is modified and irreversibly modified to the cellulose type II after drying.

本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1>草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物から、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得るアルカリ処理工程と、該セルロース画分に含まれる該セルロースII型及び該アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを酵素により糖化する糖化工程と、を含むことを特徴とする糖の製造方法である。
<2>アルカリ処理工程が、アルカリ処理物を洗浄する洗浄処理を含む前記<1>に記載の糖の製造方法である。
<3>アルカリ処理工程が、アルカリ処理物を固液分離する分離処理を含む前記<1>から<2>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<4>セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかが、不溶性画分である前記<1>から<3>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<5>アルカリ処理工程が、アルカリ処理物を乾燥させることなくセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得る工程である前記<1>から<4>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<6>アルカリセルロースIV型の含有量が、全セルロースの含有量に対して90質量%以上である前記<1>から<5>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<7>アルカリ処理工程が、アルカリ処理物の水分含有率を低下させることによりセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得る工程である前記<1>から<4>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<8>アルカリセルロースII型の含有量が、全セルロースの含有量に対して90質量%以上である前記<7>に記載の糖の製造方法である。
<9>アルカリ処理工程が、セルロース画分のpHを調整するpH調整処理を含む前記<1>から<8>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<10>酵素が、セルラーゼ及びβ−グルコシダーゼの少なくともいずれかを含む酵素群である前記<1>から<9>のいずれかに記載の糖の製造方法である。
<11>前記<1>から<10>のいずれかに記載の糖の製造方法で得られることを特徴とする糖である。
<12>前記<11>に記載の糖を発酵させてエタノールを得ることを特徴とするエタノールの製造方法である。
<13>前記<11>に記載の糖を発酵させて乳酸を得ることを特徴とする乳酸の製造方法である。
The present invention is based on the above findings by the present inventors, and means for solving the above problems are as follows. That is,
<1> An alkali treatment step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose II type and alkali cellulose IV type from at least any one of an alkali-treated product of a herbaceous stem and leaf material and a hardwood material; and the cellulose fraction And a saccharification step in which at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV contained is saccharified with an enzyme.
<2> The method for producing a sugar according to <1>, wherein the alkali treatment step includes a washing treatment for washing the alkali-treated product.
<3> The method for producing a sugar according to any one of <1> to <2>, wherein the alkali treatment step includes a separation treatment for solid-liquid separation of the alkali-treated product.
<4> The sugar production method according to any one of <1> to <3>, wherein at least one of cellulose II type and alkali cellulose IV type is an insoluble fraction.
<5> Any of <1> to <4>, wherein the alkali treatment step is a step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV without drying the alkali-treated product. It is a manufacturing method of the described sugar.
<6> The method for producing a sugar according to any one of <1> to <5>, wherein the content of alkali cellulose IV type is 90% by mass or more based on the total cellulose content.
<7> The above <1> to <4>, wherein the alkali treatment step is a step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose II type and alkali cellulose IV type by reducing the water content of the alkali-treated product. Or a sugar production method according to any one of the above.
<8> The method for producing a sugar according to <7>, wherein the content of alkali cellulose type II is 90% by mass or more based on the total cellulose content.
<9> The method for producing a sugar according to any one of <1> to <8>, wherein the alkali treatment step includes a pH adjustment treatment for adjusting a pH of the cellulose fraction.
<10> The sugar production method according to any one of <1> to <9>, wherein the enzyme is an enzyme group containing at least one of cellulase and β-glucosidase.
<11> A saccharide obtained by the method for producing a saccharide according to any one of <1> to <10>.
<12> A method for producing ethanol, wherein the sugar according to <11> is fermented to obtain ethanol.
<13> A method for producing lactic acid, wherein lactic acid is obtained by fermenting the sugar according to <11>.

本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、酵素糖化を効率的に行うことができ、そのため、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を向上させることが可能な、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法、並びに前記糖の製造方法により得られる糖を提供することができる。   According to the present invention, the conventional problems can be solved, the object can be achieved, and enzymatic saccharification can be efficiently performed. Therefore, sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production The sugar obtained by the manufacturing method of saccharide | sugar, the manufacturing method of ethanol, the manufacturing method of lactic acid, and the manufacturing method of the said saccharide | sugar which can improve production efficiency can be provided.

図1は、微結晶セルロースのアルカリ処理後の糖化率を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing the saccharification rate of alkali-treated microcrystalline cellulose. 図2は、微結晶セルロースのアルカリ処理後の糖化率の経時変化を示した図である。FIG. 2 is a graph showing the change over time of the saccharification rate after alkali treatment of microcrystalline cellulose. 図3は、サトウキビバガス粉砕物及びイネワラ粉砕物のアルカリ処理後の糖化率を示した図である。FIG. 3 is a graph showing the saccharification rate of the sugarcane bagasse pulverized product and the rice straw pulverized product after alkali treatment. 図4は、サトウキビバガス粉砕物のアルカリ処理後の糖化率の経時変化を示した図である。FIG. 4 is a graph showing the change over time of the saccharification rate after alkali treatment of the pulverized sugarcane bagasse. 図5は、サトウキビバガス粉砕物(草本系茎葉部原料)、コナラ粉砕物(広葉樹原料)、及びスギ粉砕物(針葉樹原料)のアルカリ処理後の糖化率を示した図である。FIG. 5 is a graph showing the saccharification rate after alkali treatment of sugarcane bagasse pulverized material (herbaceous stem and leaf material), quercus pulverized material (hardwood material) and cedar pulverized material (coniferous material). 図6は、草本系茎葉部原料である各種植物のアルカリ処理後の糖化率を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the saccharification rate after alkali treatment of various plants that are herbaceous stem and leaf material. 図7Aは、微結晶セルロース(セルロースI型)のX線回折パターンを示した図である。FIG. 7A is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of microcrystalline cellulose (cellulose type I). 図7Bは、微結晶セルロースをアルカリ処理した後、乾燥させて得られたセルロースII型のX線回折パターンを示した図である。FIG. 7B is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of cellulose II obtained by subjecting microcrystalline cellulose to alkali treatment and then drying. 図7Cは、微結晶セルロースをアルカリ処理した後、乾燥させることなく湿潤状態を維持することにより得られたアルカリセルロースIV型のX線回折パターンを示した図である。FIG. 7C is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of alkali cellulose type IV obtained by subjecting microcrystalline cellulose to an alkali treatment and then maintaining a wet state without drying. 図8は、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の単位格子中における分子鎖配列の分子鎖軸の投影図を重ねて示した図である。FIG. 8 is a diagram in which projected views of the molecular chain axes of the molecular chain arrangement in the cellulose II type and alkaline cellulose IV type unit cells are superimposed. 図9Aは、サトウキビバガス粉砕物の未処理物(セルロースI型)のX線回折パターンを示した図である。FIG. 9A is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an untreated product (cellulose type I) of pulverized sugarcane bagasse. 図9Bは、サトウキビバガス粉砕物をアルカリ処理した後、乾燥させて得られたセルロースII型のX線回折パターンを示した図である。FIG. 9B is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of cellulose II obtained by subjecting a pulverized sugarcane bagasse to an alkali treatment and then drying. 図9Cは、サトウキビバガス粉砕物のアルカリ処理後、乾燥させることなく湿潤状態を維持することにより得られたアルカリセルロースIV型のX線回折パターンを示した図である。FIG. 9C is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of alkali cellulose type IV obtained by maintaining a wet state without drying after pulverized sugarcane bagasse, after alkali treatment.

(糖の製造方法)
本発明の糖の製造方法は、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物から、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得るアルカリ処理工程と、該セルロース画分に含まれる該セルロースII型及び該アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを酵素により糖化する糖化工程と、を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
(Method for producing sugar)
The method for producing sugar according to the present invention includes an alkali treatment step for obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose II type and alkali cellulose IV type from at least any one of an alkali-treated product of a herbaceous stem and leaf material and a hardwood material. A saccharification step in which at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV contained in the cellulose fraction is saccharified with an enzyme, and further includes other steps as necessary.

<アルカリ処理工程>
前記アルカリ処理工程は、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物から、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得る工程であり、必要に応じて、更にその他の処理を含む。前記アルカリ処理工程は、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかを直接処理することができる点で有利である。
<Alkali treatment process>
The alkali treatment step is a step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV from an alkali-treated product of at least one of a herbaceous stem and leaf part raw material and a hardwood raw material. In addition, other processing is included. The alkali treatment step is advantageous in that it can directly treat at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material.

<<原料>>
前記アルカリ処理工程で用いる原料としては、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、セルロースを多く含む原料が好ましく、セルロースI型を含む原料がより好ましい。前記セルロースI型を含む原料を用いると、糖を多く得ることができる点で有利である。
<< Raw material >>
The raw material used in the alkali treatment step is not particularly limited as long as it is at least one of a herbaceous stem and leaf part raw material and a hardwood raw material, and can be appropriately selected according to the purpose, but a raw material containing a large amount of cellulose is preferable. A raw material containing cellulose type I is more preferred. Use of the raw material containing cellulose type I is advantageous in that a large amount of sugar can be obtained.

−草本系茎葉部原料−
前記草本系茎葉部原料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ例えば、サトウキビバガス、ソルガムバガス、イネワラ、ムギワラ、オオムギ、ススキ、ジョンソングラス、ネピアグラス、スイッチグラス、エリアンサス、コーンストーバーなどが挙げられる。
-Herbaceous stem and leaf material-
The herbaceous stem and leaf material is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose.For example, sugarcane bagasse, sorghum bagasse, rice straw, wheat straw, barley, suki, johnsongrass, napiergrass, switchgrass, area Nsass, corn stover, etc.

−広葉樹原料−
前記広葉樹原料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、コナラ、ブナ、キリ、カエデ、クワ、クス、シイノキ、ナラ、カツラ、カバなどが挙げられる。
-Raw material for hardwood-
The hardwood raw material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include Japanese oak, beech, drill, maple, mulberry, cus, cypress, oak, wig, and hippo.

−使用−
前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料としては、前記各種草本系茎葉部原料及び前記各種広葉樹原料から、糖などの有価物を搾汁又は分離した残渣であってもよく、精製などを行うことにより得られたセルロースI型そのものであってもよい。また、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、天然型セルロースであるセルロースI型は、セルロースIα型とセルロースIβ型とに分類されるが、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料に含まれるセルロースI型としては、これらのいずれかであってもよく、またこれらの両者であってもよい。
−Use−
The herbaceous stem and leaf material and the broad-leaved tree material may be a residue obtained by squeezing or separating a valuable material such as sugar from the various herbaceous stem and leaf material and the various broad-leaved tree material. The cellulose I type obtained by the above may be used. The herbaceous stem and leaf material and the hardwood material may be used alone or in combination of two or more.
Cellulose type I, which is a natural type cellulose, is classified into cellulose type I α type and cellulose type I β type. The cellulose type I contained in the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material is any of these. Or both of them may be used.

前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の状態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、収集されたものをそのまま使用してもよく、裁断、粉砕などにより適宜ある程度以下の大きさにしてから使用してもよく、搾汁後の残渣を使用してもよい。   The state of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. The collected material may be used as it is, or may be used to some extent by cutting, pulverizing, or the like. You may use it after making it the following magnitude | sizes, and you may use the residue after squeezing.

前記裁断した前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかのサイズとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、20cm以下が好ましく、1cm以下がより好ましい。前記サイズが20cmを超えると、処理が不十分となったり、洗浄時に軟化した繊維が絡まったりすることがある。一方、前記サイズが前記好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できる、使用するアルカリ水溶液の容量を少なくできるなどの点で有利である。
前記粉砕した前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかのサイズとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、10mm径以下が好ましく、2mm径以下がより好ましい。前記サイズが前記好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できる、使用するアルカリ水溶液の容量を少なくできるなどの点で有利である。
なお、前記アルカリ処理物を濾過により固液分離し、不溶性画分として前記セルロース画分を得る場合、前記濾過に用いるスクリーンのメッシュサイズが0.5mm程度となることがある。このような場合、前記不溶性画分が、このメッシュサイズを通過しないサイズでとなることが好ましい。
The size of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material that has been cut is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, 20 cm 3 or less is preferable, and 1 cm 3 or less is preferable. Is more preferable. If the size exceeds 20 cm 3 , the treatment may be insufficient, or fibers softened during washing may be entangled. On the other hand, when the size is within the preferable range, it is advantageous in that the treatment time can be shortened and the capacity of the aqueous alkaline solution used can be reduced.
The size of at least one of the pulverized herbaceous stem and leaf material and the hardwood material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the diameter is preferably 10 mm or less, and preferably 2 mm or less. Is more preferable. When the size is within the preferred range, it is advantageous in that the treatment time can be shortened and the volume of the aqueous alkaline solution used can be reduced.
When the alkali-treated product is solid-liquid separated by filtration to obtain the cellulose fraction as an insoluble fraction, the mesh size of the screen used for the filtration may be about 0.5 mm. In such a case, it is preferable that the insoluble fraction has a size that does not pass through the mesh size.

<<処理方法>>
前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物を得る方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかに後述するアルカリ水溶液を添加し、所望の温度及び時間作用させる方法などが挙げられる。
<< Processing method >>
A method for obtaining an alkali-treated product of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the broadleaf tree material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples include a method in which an alkaline aqueous solution described later is added to at least one of the raw materials and the desired temperature and time are allowed to act.

前記アルカリ水溶液を添加する回数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、所望の濃度のアルカリ水溶液を、1回だけ作用させる方法、複数回作用させる方法などが挙げられる。前記複数回作用させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、希アルカリ水溶液を作用させた後、濃アルカリ水溶液を作用させる、2段階でアルカリ水溶液を作用させる方法(以下、「2段階アルカリ処理法」と称することがある。)などが挙げられる。前記2段階アルカリ処理法を行うことで、前記アルカリ水溶液を効率よく再利用できる点で有利である。また、前記2段階アルカリ処理法は、木化の程度が進行した広葉樹原料を処理する場合に有効である。   There is no restriction | limiting in particular as the frequency | count of adding the said alkaline aqueous solution, According to the objective, it can select suitably, For example, the method of making alkaline aqueous solution of a desired density | concentration act once, the method of acting multiple times, etc. Can be mentioned. There is no restriction | limiting in particular as the method of making it act multiple times, According to the objective, it can select suitably, For example, after making a dilute alkaline aqueous solution act, a concentrated alkaline aqueous solution is made to act, and alkaline aqueous solution is made to act in two steps. (Hereinafter, sometimes referred to as “two-stage alkali treatment method”). The two-stage alkali treatment method is advantageous in that the alkaline aqueous solution can be efficiently reused. In addition, the two-stage alkali treatment method is effective when treating a broad-leaved tree material whose degree of lignification has progressed.

前記アルカリ水溶液を作用させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、静置する方法、攪拌する方法などが挙げられるが、これらの中でも、攪拌する方法が、処理の効率がよくなる点で好ましい。   The method of allowing the alkaline aqueous solution to act is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include a method of standing and a method of stirring. Among these, a method of stirring is included. , Which is preferable in terms of improving processing efficiency.

−アルカリ水溶液−
前記アルカリ水溶液としては、少なくともアルカリ性の水溶液であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、必要に応じて、更にその他の成分を含む。
前記アルカリ水溶液の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。前記アルカリ水溶液は、1種単独で使用してもよいし、2種を併用してもよい。これらの中でも、水酸化ナトリウムが、安価であり、環境負荷が少ない点で好ましい。
-Alkaline aqueous solution-
The alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as it is at least an alkaline aqueous solution, and can be appropriately selected according to the purpose, and further contains other components as necessary.
There is no restriction | limiting in particular as a kind of said alkaline aqueous solution, According to the objective, it can select suitably, For example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. are mentioned. The said alkaline aqueous solution may be used individually by 1 type, and may use 2 types together. Among these, sodium hydroxide is preferable because it is inexpensive and has a low environmental load.

前記アルカリ水溶液中のその他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸素などの酸化剤、水酸化カルシウムなどのアルカリ、界面活性剤などの有機性物質などが挙げられる。前記アルカリ水溶液が、前記その他の成分を含むと、処理の効率や前記アルカリ水溶液の回収効果を向上することができる点で有利である。   Other components in the alkaline aqueous solution are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, an oxidizing agent such as oxygen, an alkali such as calcium hydroxide, and an organic substance such as a surfactant. Etc. When the alkaline aqueous solution contains the other components, it is advantageous in that the treatment efficiency and the recovery effect of the alkaline aqueous solution can be improved.

前記アルカリ水溶液の使用量としては、特に制限はなく、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかの使用量、大きさなどに応じて適宜選択することができるが、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかが100質量部に対して50質量部〜3,000質量部が好ましく、100質量部〜2,000質量部がより好ましい。前記使用量が50質量部未満であると、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかが十分に浸漬されず処理が不十分になり処理の効率が悪くなることがある。一方、前記使用量が前記好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できるなどの点で有利である。また、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかの水分含有率が極めて高い場合には、液量を増やさないよう、濃アルカリ水溶液を極小量加えることが好ましい。   The amount of the alkaline aqueous solution used is not particularly limited and may be appropriately selected according to the amount of use, the size, etc. of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material. At least one of the raw material and the hardwood raw material is preferably 50 parts by mass to 3,000 parts by mass, more preferably 100 parts by mass to 2,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass. If the amount used is less than 50 parts by mass, at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material may not be sufficiently immersed, resulting in insufficient treatment and poor treatment efficiency. On the other hand, when the amount used is within the preferred range, it is advantageous in that the processing time can be shortened. In addition, when the water content of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material is extremely high, it is preferable to add a minimal amount of concentrated alkaline aqueous solution so as not to increase the amount of liquid.

前記アルカリ水溶液の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記アルカリ処理を1回で行う場合、2N〜5Nが好ましく、3N〜5Nがより好ましい。前記濃度が、2N未満であると処理が不十分になることがあり、5Nを超えると処理の効率が悪くなることがある。一方、前記濃度が前記好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できる、使用するアルカリ水溶液の量を少なくできるなどの点で有利である。また、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかの水分含有率が極めて高い場合には、濃いアルカリ水溶液を極小量加えることが、液量を増やさず処理の効率を維持できる点で好ましい。
前記2段階アルカリ処理法を行う場合の前記希アルカリ水溶液の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1N〜5Nが好ましく、0.3N〜2Nがより好ましい。前記2段階アルカリ処理法を行う場合の前記濃アルカリ水溶液の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記アルカリ処理を1回で行う場合のアルカリ水溶液と同じ濃度などが挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as a density | concentration of the said aqueous alkali solution, Although it can select suitably according to the objective, When performing the said alkali treatment by 1 time, 2N-5N are preferable and 3N-5N are more preferable. If the concentration is less than 2N, the treatment may be insufficient, and if it exceeds 5N, the efficiency of the treatment may deteriorate. On the other hand, when the concentration is within the preferable range, it is advantageous in that the treatment time can be shortened and the amount of the alkaline aqueous solution used can be reduced. In addition, when the moisture content of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material is extremely high, it is possible to maintain the efficiency of the treatment without increasing the liquid volume by adding a minimal amount of a concentrated alkaline aqueous solution. preferable.
There is no restriction | limiting in particular as a density | concentration of the said dilute alkali aqueous solution in the case of performing the said 2 step | paragraph alkali treatment method, Although it can select suitably according to the objective, 0.1N-5N are preferable, and 0.3N-2N are More preferred. There is no restriction | limiting in particular as a density | concentration of the said concentrated alkaline aqueous solution in the case of performing the said 2 step | paragraph alkali treatment method, According to the objective, it can select suitably, For example, the alkaline aqueous solution in the case of performing the said alkali treatment once Examples include the same concentration.

前記アルカリ処理工程において前記アルカリ水溶液を使用することは、前記アルカリ処理工程により草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかから溶出したヘミセルロース、リグニン、及びその他の成分を燃焼した後、前記アルカリ水溶液を再利用することができる点、前記リグニンなどの物質の環境への放出を避けることができる点で有利である。
前記アルカリ水溶液を再利用する技術については、パルプ業界において豊富な知見が存在しており、例えば、常法を使用することができる。
In the alkali treatment step, the alkaline aqueous solution is used after burning the hemicellulose, lignin, and other components eluted from at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material in the alkali treatment step. This is advantageous in that it can be reused and release of substances such as lignin into the environment can be avoided.
About the technique which reuses the said aqueous alkali solution, there exists abundant knowledge in the pulp industry, for example, a conventional method can be used.

−処理温度−
前記アルカリ処理工程において、前記アルカリ水溶液を作用させる温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、−40℃〜100℃が好ましく、0℃〜50℃がより好ましい。前記温度が−40℃未満であると、処理コストが増加することがあり、100℃を超えると、副反応が起こりやすくなるとともに、処理コストが増加することがある。一方、前記濃度が、前記好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できる、使用するアルカリ水溶液の量を少なくできるなどの点で有利である。
-Processing temperature-
In the alkali treatment step, the temperature at which the aqueous alkali solution acts is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably −40 ° C. to 100 ° C., more preferably 0 ° C. to 50 ° C. . When the temperature is lower than −40 ° C., the processing cost may increase. When the temperature is higher than 100 ° C., side reactions are liable to occur and the processing cost may increase. On the other hand, when the concentration is within the preferred range, it is advantageous in that the treatment time can be shortened and the amount of the alkaline aqueous solution used can be reduced.

−処理時間−
前記アルカリ処理工程において、前記アルカリ水溶液を作用させる時間としては、特に制限はなく、所望の程度の前記アルカリ処理物からセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得ることができる範囲内で適宜選択することができるが、10分間〜24時間が好ましく、30分間〜4時間がより好ましい。前記時間が10分間未満であると、所望の程度の前記アルカリ処理物からセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得ることができないことがあり、24時間を超えると、全体として非効率となることがある。一方、前記時間が、前記好ましい範囲内であると、効率よく前記アルカリ処理物らセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得ることができる点で有利である。
-Processing time-
In the alkali treatment step, the time for which the alkaline aqueous solution is allowed to act is not particularly limited, and a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV is obtained from the alkali-treated product of a desired degree. Can be appropriately selected within the range in which the temperature can be reduced, but is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 30 minutes to 4 hours. When the time is less than 10 minutes, it may be impossible to obtain a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV from a desired degree of the alkali-treated product. As a whole, it may become inefficient. On the other hand, when the time is within the preferable range, it is advantageous in that a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose IV type can be efficiently obtained from the alkali-treated product.

<<アルカリ処理物>>
前記アルカリ処理物は、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかに、前記アルカリ水溶液を添加し、前記した所望の温度及び時間作用させて得られた処理物である。
前記アルカリ処理物の状態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液体の状態、固体の状態などが挙げられる。これらの中でも、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を高濃度得るためには、固体の状態が好ましい。
<< Alkali-treated product >>
The alkali-treated product is a treated product obtained by adding the alkaline aqueous solution to at least one of the herbaceous stem and leaf material and the broad-leaved tree material and allowing the above-mentioned desired temperature and time to act.
There is no restriction | limiting in particular as a state of the said alkali processed material, According to the objective, it can select suitably, For example, a liquid state, a solid state, etc. are mentioned. Among these, in order to obtain a high concentration of a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV, a solid state is preferable.

<<その他の処理>>
前記その他の処理としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、洗浄処理、分離処理、pH調整処理などが挙げられる。
<< Other processing >>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, a washing process, a separation process, a pH adjustment process etc. are mentioned.

−洗浄処理−
前記アルカリ処理工程は、前記アルカリ処理物を洗浄する洗浄処理を含むことが好ましい。前記洗浄処理は、前記アルカリ処理物中に含まれるリグニンなどの不要物質を除去できる点、前記アルカリ処理物のpHを中性にできる点で有利である。
前記洗浄に用いる溶液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、希アルカリ水溶液などが挙げられ、これらの中でも、水が、pHを中性に調整できる点で好ましい。
前記洗浄に用いる溶液としては、既に洗浄に用いた水、希アルカリ水溶液などを使い回すこともできる。前記水、希アルカリ水溶液などを使い回すことにより、前記水の使用量を減らすことができる点で有利である。なお、前記水を使い回す場合は、洗浄により水中に溶解したアルカリや前記アルカリ処理物に含まれていたリグニンなどを除去して用いることが好ましい。前記アルカリやリグニンを除去する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、膜分離により分離する方法、イオン交換法、吸着法、燃焼し水蒸気を捕集する方法などが挙げられる。これらの中でも、燃焼し水蒸気を捕集する方法が、アルカリを再生できる点で有利である。
前記洗浄を行なう回数としては、洗浄後に前記アルカリ処理物を中性付近にすることができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Cleaning treatment-
The alkali treatment step preferably includes a washing treatment for washing the alkali-treated product. The washing treatment is advantageous in that unnecessary substances such as lignin contained in the alkali-treated product can be removed and the pH of the alkali-treated product can be neutralized.
There is no restriction | limiting in particular as a solution used for the said washing | cleaning, According to the objective, it can select suitably, For example, water, dilute alkaline aqueous solution, etc. are mentioned, Among these, water can adjust pH to neutrality. This is preferable.
As the solution used for the washing, water already used for washing, dilute alkaline aqueous solution, or the like can be used. It is advantageous in that the amount of water used can be reduced by using the water, dilute alkaline aqueous solution, or the like. In addition, when using the said water repeatedly, it is preferable to remove and use the alkali which melt | dissolved in water by washing | cleaning, the lignin contained in the said alkali processed material. The method for removing the alkali or lignin is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a method of separation by membrane separation, an ion exchange method, an adsorption method, and combustion to collect water vapor. The method etc. are mentioned. Among these, the method of burning and collecting water vapor is advantageous in that alkali can be regenerated.
The number of times of washing is not particularly limited as long as the alkali-treated product can be made near neutral after washing, and can be appropriately selected according to the purpose.

−分離処理−
前記アルカリ処理工程は、前記アルカリ水溶液とアルカリ処理物とを固液分離する分離処理を含むことが好ましい。前記分離処理を行うと、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を高濃度確保できる点で有利である。
前記固液分離する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、遠心分離法、濾過法などが挙げられる。
前記分離処理を行う順序としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記洗浄処理の前、前記洗浄処理と同時、前記洗浄処理の後などが挙げられる。
前記分離処理により固液分離すると、固相に不溶性画分として前記アルカリ処理物が分離され、液相に水溶性画分として前記不要物質である前記リグニンなどの物質が分離される。
-Separation process-
The alkali treatment step preferably includes a separation treatment for solid-liquid separation of the alkali aqueous solution and the alkali-treated product. The separation treatment is advantageous in that a high concentration of a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV can be secured.
The solid-liquid separation method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a centrifugal separation method and a filtration method.
There is no restriction | limiting in particular as an order which performs the said isolation | separation process, According to the objective, it can select suitably, For example, before the said washing | cleaning process, simultaneously with the said washing | cleaning process, after the said washing | cleaning process etc. are mentioned.
When the solid-liquid separation is performed by the separation treatment, the alkali-treated product is separated as an insoluble fraction in the solid phase, and the unnecessary substance such as lignin is separated as a water-soluble fraction in the liquid phase.

前記分離工程では、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかの内部において、近傍の不溶性のセルロースI型が相互作用することにより、隣接するセルロース間の結晶型の変換が行われるため、不溶性画分として大部分のセルロースを回収できる点で有利である。
また、前記液相は、廃液として燃焼することができるため、廃液処理が困難なリグニンの処理コストが抑えられる点、前記廃液の環境への放出を避けることができ環境への負荷が少ない点、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を高濃度確保できる点で有利である。また、後述する糖化工程に用いる酵素の回収率が高まる点でも有利である。
In the separation step, the insoluble cellulose type I in the vicinity interacts inside at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material, thereby converting the crystal form between adjacent celluloses. This is advantageous in that most of the cellulose can be recovered as an insoluble fraction.
In addition, since the liquid phase can be combusted as a waste liquid, the processing cost of lignin, which is difficult to treat the waste liquid, can be suppressed, the discharge of the waste liquid into the environment can be avoided, and the load on the environment is small. This is advantageous in that a high concentration of a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV can be secured. It is also advantageous in that the recovery rate of the enzyme used in the saccharification step described later is increased.

<<セルロース画分>>
前記セルロース画分は、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含む画分である。
前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかは、前記セルロースI型を含む草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかに前記アルカリ水溶液を作用させて得られた前記アルカリ処理物に、必要に応じて、洗浄処理、分離処理、更に必要に応じて、前記アルカリ処理物の水分含有量を低下させることにより、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料中に含まれるセルロースI型の少なくとも一部が、前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかへ改変したものであることが好ましい。
<< Cellulose fraction >>
The cellulose fraction is a fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV.
At least one of the cellulose type II and the alkaline cellulose type IV is obtained by applying the alkaline aqueous solution to at least one of a herbaceous stem and leaf part raw material and a hardwood raw material containing the cellulose type I. The cellulose I type contained in the herbaceous stem and leaf material and the broad-leaved tree material by reducing the water content of the alkali-treated product, if necessary, by washing treatment and separation treatment. It is preferable that at least a part is modified to at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV.

−含有量−
前記セルロース画分中の前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかが多いことが好ましく、これらの中でも、前記アルカリセルロースIV型が多いことが、優れた糖化効率を発揮できる点でより好ましい。
また、前記セルロース画分は、前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれか以外にも、例えば、セルロースI型(セルロースIα型、セルロースIβ型)や、その他の成分、例えば、ヘミセルロース、リグニンなどが含まれていてもよい。ただし、酵素糖化の効率向上の観点から、リグニンは含まれない、あるいはその含有量が少ないことが好ましい。
-Content-
The content of at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV in the cellulose fraction is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. It is preferable that at least one of the types of cellulose IV is large, and among these, it is more preferable that the amount of the alkali cellulose IV type is large in that excellent saccharification efficiency can be exhibited.
Further, the cellulose fraction may be, for example, cellulose I type (cellulose I α type, cellulose I β type) or other components other than at least one of the cellulose II type and the alkali cellulose IV type, for example, Hemicellulose, lignin, etc. may be contained. However, from the viewpoint of improving the efficiency of enzymatic saccharification, it is preferable that lignin is not contained or the content thereof is small.

前記アルカリセルロースIV型は、前記セルロース画分を乾燥させることなく湿潤状態を維持することで好適に得ることができる。
前記湿潤状態としては、前記セルロース画分が水分を含んでいれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記セルロース画分の水分含有率が、5質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。前記水分含有率が前記好ましい範囲内であると、前記セルロース画分に前記アルカリセルロースIV型を高濃度含有させることができる点で有利である。
前記セルロース画分に、前記アルカリセルロースIV型を高濃度含有させる場合、前記アルカリセルロースIV型の全セルロースに対する含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、90質量%以上が、優れた糖化効率を発揮できる点で好ましい。また、前記セルロース画分を乾燥させないことは、コストや手間がかからない点において有利である。
The alkali cellulose type IV can be suitably obtained by maintaining a wet state without drying the cellulose fraction.
The wet state is not particularly limited as long as the cellulose fraction contains moisture, and can be appropriately selected according to the purpose. However, the moisture content of the cellulose fraction is 5% by mass or more. Preferably, 20 mass% or more is more preferable. When the water content is within the preferable range, it is advantageous in that the alkali fraction IV can be contained at a high concentration in the cellulose fraction.
When the cellulose fraction contains the alkali cellulose type IV in a high concentration, the content of the alkali cellulose type IV with respect to the total cellulose is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. The mass% or more is preferable in that excellent saccharification efficiency can be exhibited. Moreover, not drying the cellulose fraction is advantageous in that cost and labor are not required.

前記セルロースII型は、前記セルロース画分の水分含有率を低下させることで好適に得ることができ、完全に乾燥させることで、よりセルロースII型を高濃度含有させることができる。
前記水分含有率を低下させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、加熱乾燥する方法、風力乾燥する方法、凍結乾燥する方法、減圧乾燥する方法、噴霧乾燥する方法、これらを組み合わせる方法などが挙げられる。
前記セルロース画分に、前記アルカリセルロースII型を高濃度含有させる場合、前記アルカリセルロースII型の全セルロースに対する含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、90質量%以上が好ましい。
The cellulose type II can be suitably obtained by reducing the water content of the cellulose fraction, and the cellulose type II can be further contained at a higher concentration by completely drying.
The method for reducing the water content is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a heat drying method, a wind drying method, a freeze drying method, a vacuum drying method, and a spraying method. The method of drying, the method of combining these, etc. are mentioned.
When the cellulose fraction contains the alkali cellulose type II in a high concentration, the content of the alkali cellulose type II with respect to the total cellulose is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. The mass% or more is preferable.

−pH調整処理−
前記アルカリ処理工程は、前記セルロース画分のpHを調整するpH調整処理を含むことが、後述する糖化を効率よく行なうことができる点で好ましい。
前記pHとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、pH3〜pH10が好ましく、pH5〜pH8がより好ましい。
前記pH調整に用いる溶液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、塩酸、酢酸、硫酸、クエン酸、リン酸、二酸化炭素などが挙げられる。
-PH adjustment treatment-
It is preferable that the alkali treatment step includes a pH adjustment treatment for adjusting the pH of the cellulose fraction because saccharification described later can be efficiently performed.
There is no restriction | limiting in particular as said pH, Although it can select suitably according to the objective, pH3-pH10 is preferable and pH5-pH8 is more preferable.
There is no restriction | limiting in particular as a solution used for the said pH adjustment, According to the objective, it can select suitably, For example, hydrochloric acid, an acetic acid, a sulfuric acid, a citric acid, phosphoric acid, a carbon dioxide etc. are mentioned.

−保存方法−
前記セルロース画分の保存方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アジ化ナトリウム水溶液中で保存する方法が好ましい。なお、前記セルロースII型は乾燥させた状態でも保存することができる。
前記アジ化ナトリウム水溶液の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Storage method-
The method for storing the cellulose fraction is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, a method of storing in a sodium azide aqueous solution is preferable. The cellulose type II can be stored even in a dried state.
There is no restriction | limiting in particular as a density | concentration of the said sodium azide aqueous solution, According to the objective, it can select suitably.

−改変の確認−
前記セルロース画分において、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物に含まれる前記セルロースI型の少なくとも一部が、前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかへと改変したことを確認する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、X線回折、FT−IR、固体NMRなどにより確認することができる。
-Confirmation of modification-
In the cellulose fraction, at least a part of the cellulose type I contained in the alkali-treated product of at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material is at least one of the cellulose type II and the alkaline cellulose type IV. There is no restriction | limiting in particular as a method of confirming that it changed into the key, According to the objective, it can select suitably, For example, it can confirm by X-ray diffraction, FT-IR, solid state NMR etc.

前記セルロースI型のX線回折のピークは、2θが22°の位置に1つのピークを有する(例えば、図7A)が、前記セルロースII型のX線回折のピークは、2θが12°、20°、及び22°にピークを有する(例えば、図7B)。また、前記アルカリセルロースIV型は、前記セルロースII型と同様に2θが20°及び22°にピークを有する他、前記セルロースI型及び前記セルロースII型が有さない27°の位置に大きなピークを有する(例えば、図7C)。これらのピークの違いにより、前記改変したセルロースを確認することができる。   The cellulose type I X-ray diffraction peak has one peak at 2θ of 22 ° (eg, FIG. 7A), while the cellulose II type X-ray diffraction peak has 2θ of 12 °, 20 °. It has peaks at ° and 22 ° (eg, FIG. 7B). In addition, the alkali cellulose type IV has a peak at 2 ° of 20 ° and 22 ° as in the case of the cellulose type II, and a large peak at a position of 27 ° that the cellulose type I and the cellulose type II do not have. (For example, FIG. 7C). The modified cellulose can be confirmed by the difference in these peaks.

<糖化工程>
前記糖化工程は、前記セルロース画分に含まれる前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを酵素により糖化する工程である。前記セルロースII型及び前記アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を湿潤状態のまま酵素による糖化に用いることで、優れた糖化効率を発揮できる点で有利である。なお、前記セルロース画分は、前記糖化工程で再添加することも可能である。
<Saccharification process>
The saccharification step is a step of saccharifying at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV contained in the cellulose fraction with an enzyme. It is advantageous in that an excellent saccharification efficiency can be exhibited by using a cellulose fraction containing at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV for saccharification with an enzyme in a wet state. The cellulose fraction can be added again in the saccharification step.

<<酵素>>
前記糖化工程に用いる酵素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、セルラーゼ及びβ−グルコシダーゼの少なくともいずれかを含む酵素群であることが、優れた糖化効率を発揮できる点で好ましい。
前記セルラーゼとは、セルロースを加水分解する酵素の総称で、大きく分けて、セルロースの末端からセロビオースを遊離するエキソ型のセロビオヒドロラーゼ、結晶セルロースは分解できないが、非結晶セルロース(アモルファスセルロース)鎖をランダムに切断するエンド型のエンドグルカナーゼ、及びセロビオースや短い鎖(セロオリゴ糖)の末端からグルコースを生成するエキソ型のβ−グルコシダーゼの3種が存在し、更にそれぞれに多種類の酵素が存在する。
<< Enzyme >>
There is no restriction | limiting in particular as an enzyme used for the said saccharification process, Although it can select suitably according to the objective, It is an enzyme group containing at least any one of a cellulase and (beta) -glucosidase, and exhibits outstanding saccharification efficiency It is preferable in that it can be performed.
Cellulase is a general term for enzymes that hydrolyze cellulose. Broadly speaking, exo-type cellobiohydrolase that liberates cellobiose from the end of cellulose, crystalline cellulose cannot be decomposed, but amorphous cellulose (amorphous cellulose) chains. There are three types of endo-type endoglucanase that cleaves randomly, and exo-type β-glucosidase that produces glucose from the ends of cellobiose and short chains (cello-oligosaccharides), and there are various types of enzymes.

−入手方法−
前記セルラーゼ及び前記β−グルコシダーゼの少なくともいずれかを含む酵素群を入手する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記セルラーゼ及び前記β−グルコシダーゼの少なくともいずれかを産生する菌を培養して入手する方法、市販品より入手する方法などが挙げられる。
前記セルラーゼ及び前記β−グルコシダーゼの少なくともいずれかを産生する菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、糸状菌、細菌、担子菌などが挙げられる。
-How to obtain-
The method for obtaining an enzyme group containing at least one of the cellulase and the β-glucosidase is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. At least one of the cellulase and the β-glucosidase can be selected. Examples thereof include a method of cultivating and obtaining the produced bacteria, a method of obtaining it from a commercial product, and the like.
There is no restriction | limiting in particular as a microbe which produces at least any one of the said cellulase and the said (beta) -glucosidase, According to the objective, it can select suitably, For example, filamentous fungi, bacteria, basidiomycetes, etc. are mentioned.

−使用量−
前記セルラーゼ及び前記β−グルコシダーゼの少なくともいずれかを含む酵素群の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記セルロース画分100質量部に対して0.01質量部〜20質量部が好ましく、0.1質量部〜5質量部がより好ましい。前記酵素の使用量が、0.01質量部未満であると、酵素糖化が不十分となることがあり、20質量部を超えると、酵素使用量が増大し効率が悪くなる。一方、前記酵素の使用量が前記好ましい範囲内であると、酵素添加量に対して得られる糖の量が多い点で有利である。
-Usage-
There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of the enzyme group containing at least any one of the said cellulase and the said (beta) -glucosidase, According to the objective, it can select suitably, For example, it is 0 with respect to 100 mass parts of said cellulose fractions. 0.01 parts by mass to 20 parts by mass is preferable, and 0.1 parts by mass to 5 parts by mass is more preferable. If the amount of the enzyme used is less than 0.01 parts by mass, enzyme saccharification may be insufficient, and if it exceeds 20 parts by mass, the amount of enzyme used increases and the efficiency deteriorates. On the other hand, when the amount of the enzyme used is within the preferable range, it is advantageous in that the amount of sugar obtained is larger than the amount of enzyme added.

−温度−
前記糖化工程における温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、4℃〜100℃が好ましく、25℃〜80℃がより好ましい。前記温度が、4℃未満であると、酵素糖化が十分に進行しないことがあり、100℃を超えると、酵素が失活することがある。一方、前記温度が、前記好ましい範囲内であると、酵素添加量に対して得られる糖の量が多い点で有利である。
-Temperature-
There is no restriction | limiting in particular as temperature in the said saccharification process, Although it can select suitably according to the objective, For example, 4 to 100 degreeC is preferable and 25 to 80 degreeC is more preferable. If the temperature is less than 4 ° C, enzyme saccharification may not proceed sufficiently, and if it exceeds 100 ° C, the enzyme may be deactivated. On the other hand, when the temperature is within the preferable range, it is advantageous in that a large amount of sugar is obtained with respect to the amount of enzyme added.

−pH−
前記糖化工程におけるpHとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、pH3〜pH10が好ましく、pH5〜pH8がより好ましい。前記pHが、3未満又は10を超えると、酵素が失活することがある。一方、前記pHが、前記好ましい範囲内であると、酵素添加量に対して得られる糖の量が多い点で有利である。
-PH-
There is no restriction | limiting in particular as pH in the said saccharification process, Although it can select suitably according to the objective, For example, pH3-pH10 is preferable and pH5-pH8 is more preferable. If the pH is less than 3 or exceeds 10, the enzyme may be deactivated. On the other hand, when the pH is within the preferable range, it is advantageous in that a large amount of sugar is obtained relative to the amount of enzyme added.

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかを裁断、粉砕する工程などが挙げられる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process etc. which cut and grind | pulverize at least any one of the said herbaceous stem and leaf part raw material and the said hardwood raw material.

<<裁断、粉砕する工程>>
前記アルカリ処理工程において、前記セルロースI型を含む前記草本系茎葉部原料及び前記広葉樹原料の少なくともいずれかが予め裁断、粉砕されていると、アルカリ水溶液による処理が効率的に進行する点で好ましい。
前記裁断、粉砕に用いる機器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ウィレーミル、グラインダー、カッターミル、ハンマーミル、ピンミルなどを用いることができる。
<< Cutting and grinding process >>
In the alkali treatment step, it is preferable that at least one of the herbaceous stem and leaf part raw material and the hardwood raw material containing the cellulose type I is cut and pulverized in advance in that the treatment with the aqueous alkali solution proceeds efficiently.
There is no restriction | limiting in particular as an apparatus used for the said cutting and grinding | pulverization, According to the objective, it can select suitably, For example, a wheelie mill, a grinder, a cutter mill, a hammer mill, a pin mill etc. can be used.

<用途>
前記糖の製造方法は、酵素糖化を効率的に行うことができることから、後述する本発明のエタノールの製造方法及び乳酸の製造方法に好適も用いることができる。
<Application>
Since the method for producing sugar can efficiently carry out enzymatic saccharification, it can be suitably used for the method for producing ethanol and the method for producing lactic acid of the present invention described later.

(糖)
本発明の糖は、前記糖の製造方法により得られる糖である。前記糖は、多糖を酵素や酸などにより低分子化した物質である。前記糖の製造方法により得られる糖としては、セルロースを基質としたものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、グルコース、セロビオース、セロオリゴ糖などが挙げられる。
(sugar)
The sugar of the present invention is a sugar obtained by the sugar production method. The sugar is a substance obtained by reducing the molecular weight of a polysaccharide with an enzyme or acid. The sugar obtained by the sugar production method is not particularly limited as long as it uses cellulose as a substrate, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include glucose, cellobiose, and cellooligosaccharide. .

<用途>
前記糖は、例えば、後述する本発明のエタノールの製造方法及び乳酸の製造方法に好適に用いることができる。
<Application>
The sugar can be suitably used, for example, in the ethanol production method and lactic acid production method of the present invention described later.

(エタノールの製造方法)
本発明のエタノールの製造方法は、前述した本発明の糖の製造方法により得られた糖を発酵させて、エタノールを得る工程(以下、「アルコール発酵工程」と称することがある。)を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
(Ethanol production method)
The method for producing ethanol of the present invention includes a step of fermenting the sugar obtained by the above-described method for producing sugar of the present invention to obtain ethanol (hereinafter sometimes referred to as “alcohol fermentation step”). If necessary, other steps are further included.

<アルコール発酵工程>
前記エタノールの製造方法において、前記糖を発酵させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記糖に酵母などのアルコール発酵微生物を添加して、アルコール発酵を行わせる方法が好ましい。
<Alcohol fermentation process>
In the method for producing ethanol, the method for fermenting the sugar is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, alcohol fermentation microorganisms such as yeast are added to the sugar to perform alcohol fermentation. The method to be performed is preferable.

<<酵母>>
前記酵母としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、サッカロマイセス属酵母などが挙げられる。なお、前記酵母は、天然酵母であってもよいし、遺伝子組換酵母であってもよい。前記エタノール発酵微生物の具体的な例としては、サッカロマイセス・セルビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、クルイベロマイセス・フラジリス(Kluyveromyces fragilis)、クルイベロマイセス・ラクティス(K.lactis)、クルイベロマイセス・マルキシアヌス(K.marxianus)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)、ピキア・パストリス(P.pastoris)、パチソレン・タンノフィルス(Pachysolen tannophilus)、カンジダ・グラビラータ(Candida Glabrata)などの酵母又はこれらの遺伝子組換体、ザイモモナズ・モビリス(Zymomonas mobilis)、サイモバクター・パルメ(Zymobacter palmae)、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum),クロストリジウム・ルジュングダーリ(C.ljungdahlii)などの細菌又はこれらの遺伝子組換体を用いることが出来る。
<< Yeast >>
There is no restriction | limiting in particular as said yeast, According to the objective, it can select suitably, For example, Saccharomyces genus yeast etc. are mentioned. The yeast may be natural yeast or genetically modified yeast. Specific examples of the ethanol-fermenting microorganism include Saccharomyces cerevisiae , Kluyveromyces fragilis , Kluyveromyces lactis ( K. lactis ) and Kluyveromyces. K. marxianus), Pichia Sutipitisu (Pichia stipitis), Pichia pastoris (P. pastoris), Pachisoren-Tan'nofirusu (Pachysolen tannophilus), Candida Gurabirata (Candida glabrata) yeast or of genes recombinants such as, Zaimomonazu mobilis (Zymomonas mobilis), Saimo Compactors Palme (Zymobacter palmae), Clostridium thermocellum (Clostridium thermocellum), Clostridium Rujungudari (C.ljungdahlii) may be used bacteria or these genes recombinant such.

前記アルコール発酵工程における、前記酵母の使用量、発酵温度、pH、発酵時間などについては、特に制限はなく、例えば、アルコール発酵に供する糖の量、使用する酵母の種類などに応じて、適宜選択することができる。   In the alcohol fermentation step, the amount of yeast used, fermentation temperature, pH, fermentation time and the like are not particularly limited, and are appropriately selected according to, for example, the amount of sugar to be used for alcohol fermentation, the type of yeast to be used, etc. can do.

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記アルコール発酵工程により得られたエタノールを分離精製する工程などが挙げられる。前記分離精製の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蒸留などが挙げられる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process etc. which isolate | separate and refine | purify ethanol obtained by the said alcohol fermentation process are mentioned. The method for separation and purification is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include distillation.

<用途>
前記エタノールの製造方法により得られたエタノールは、例えば、燃料用エタノール、工業用エタノールなどとして好適に利用可能である。前記エタノールは前記草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかから得ることができるので、前記草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかとなる植物を生産できる限りは再生産が可能であり、また、前記植物は栽培時に大気中の二酸化炭素を吸収するため、前記エタノールを燃焼させて二酸化炭素が発生したとしても、大気中の二酸化炭素濃度を増加させることにはならない。したがって、前記エタノールは、地球温暖化防止に望ましいエネルギー源ということができる。また、このようなエタノールは、近年特に、ガソリンに混合し、環境に優しい自動車燃料として使用することが期待されている。
<Application>
Ethanol obtained by the ethanol production method can be suitably used as, for example, fuel ethanol, industrial ethanol, and the like. Since the ethanol can be obtained from at least one of the herbaceous stem and leaf material and broad-leaved tree material, it can be reproduced as long as it can produce a plant that becomes at least one of the herbaceous stem and leaf material and broad-leaved tree material, In addition, since the plant absorbs carbon dioxide in the atmosphere at the time of cultivation, even if the ethanol is burned to generate carbon dioxide, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere is not increased. Therefore, it can be said that ethanol is a desirable energy source for preventing global warming. In recent years, such ethanol is particularly expected to be mixed with gasoline and used as an environmentally friendly automobile fuel.

本発明の糖の製造方法により得られる糖を、前記エタノールを産生する酵母などに代えて、それぞれ目的とするアルコール類を産生する微生物を使用して発酵せしめることにより、エタノール以外のアルコール類を製造することもできる。例えば、アセトン・ブタノール菌を使用した発酵を行うことにより、ブタノールを製造することができる。   An alcohol other than ethanol is produced by fermenting the sugar obtained by the sugar production method of the present invention with a microorganism that produces the desired alcohol in place of the above-mentioned yeast that produces ethanol. You can also For example, butanol can be produced by fermentation using acetone / butanol bacteria.

(乳酸の製造方法)
本発明の乳酸の製造方法は、前述した本発明の糖の製造方法により得られた糖を、発酵させて、乳酸を得る工程(以下、「乳酸発酵工程」と称することがある。)を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
(Production method of lactic acid)
The method for producing lactic acid of the present invention includes a step of fermenting the saccharide obtained by the above-described method for producing saccharide of the present invention to obtain lactic acid (hereinafter sometimes referred to as “lactic acid fermentation step”). If necessary, other steps are further included.

<乳酸発酵工程>
前記乳酸の製造方法において、前記糖を発酵させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記糖を含む溶液に乳酸菌などの乳酸発酵微生物を添加して、乳酸発酵を行わせる方法が好ましい。
<Lactic acid fermentation process>
In the method for producing lactic acid, the method for fermenting the sugar is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, a lactic acid-fermenting microorganism such as lactic acid bacteria is added to the solution containing the sugar, A method of performing lactic acid fermentation is preferred.

<<乳酸菌>>
前記乳酸菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ラクトバチルス・マニホティヴォランス(Lactobacillus manihotIV型orans)、ラクトバチルス・プランタラム(Lactobacillus plantarum)、ストレプトコッカス・サーモフィルス(Streptococcus thermophilus)、ラクトバチルス・ブルガリカス(Lactobacillus bulgaricus)などが挙げられる。なお、前記乳酸菌は、天然の乳酸菌であってもよいし、遺伝子組換乳酸菌であってもよい。
<< Lactic acid bacteria >>
The lactic acid bacterium is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include Lactobacillus manihotolans ( Lactobacillus manihot IV type orans ), Lactobacillus plantarum ( Lactobacillus plantarum ), Streptococcus thermos Examples thereof include Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus . The lactic acid bacterium may be a natural lactic acid bacterium or a genetically modified lactic acid bacterium.

前記乳酸発酵工程における、前記乳酸菌の使用量、発酵温度、pH、発酵時間などについては、特に制限はなく、例えば、乳酸発酵に供する糖の量、使用する乳酸菌の種類などに応じて、適宜選択することができる。   In the lactic acid fermentation step, the amount of lactic acid bacteria used, fermentation temperature, pH, fermentation time, etc. are not particularly limited, and are appropriately selected according to, for example, the amount of sugar to be used for lactic acid fermentation, the type of lactic acid bacteria to be used, etc. can do.

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記乳酸発酵工程により得られた乳酸を分離精製する工程などが挙げられる。前記分離精製の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process etc. which isolate | separate and refine | purify the lactic acid obtained by the said lactic acid fermentation process. The separation / purification method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.

<用途>
前記乳酸の製造方法により得られた乳酸は、例えば、化学的に重合させて、ポリ乳酸を製造することに好適に利用可能である。現在は、トウモロコシなどのデンプンから製造されることが多い乳酸を、食料には供し得ないセルロースを含む前記草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかから生産可能になることが望ましく、前記乳酸の製造方法によれば、このようなセルロースを含む前記草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかからの効率的なポリ乳酸の製造を可能とすることができる。
<Application>
The lactic acid obtained by the lactic acid production method can be suitably used for producing polylactic acid by chemical polymerization, for example. At present, it is desirable that lactic acid, which is often produced from starch such as corn, can be produced from at least one of the herbaceous stem and leaf material and the hardwood material containing cellulose that cannot be used for food. According to this production method, it is possible to efficiently produce polylactic acid from at least one of the herbaceous stem and leaf part raw materials and hardwood raw materials containing such cellulose.

本発明の糖の製造方法により得られる糖を、前記乳酸菌に代えて、それぞれ目的とする有機酸を産生する微生物を使用して発酵せしめることにより、乳酸以外の有機酸、例えば、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、シュウ酸などを製造することもできる。また、有機酸以外にも、ビタミン、アミノ酸、糖アルコールなどの食品素材、工業用アルコール原料などの化学原料など、多様な発酵工業製品を製造することができる。   The saccharide obtained by the method for producing saccharides of the present invention is fermented by using microorganisms that produce the desired organic acid in place of the lactic acid bacteria, so that organic acids other than lactic acid, such as citric acid and succinic acid, can be obtained. Acid, malic acid, oxalic acid and the like can also be produced. In addition to organic acids, various fermented industrial products such as food materials such as vitamins, amino acids and sugar alcohols, and chemical raw materials such as industrial alcohol raw materials can be produced.

以下に本発明の実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

(試験例1:セルロース結晶型の改変による糖化効率の向上)
<アルカリセルロースIV型の調製>
セルロースI型である微結晶セルロース(フナセル;フナコシ株式会社製)1gを使用し、5N水酸化ナトリウム水溶液150mLに分散させ、室温にて1時間ゆるやかに攪拌することによりアルカリ処理物を得た。前記アルカリ処理物を5,000×g、3分間遠心分離した後、上清を除去した。残渣に水150mLを添加して分散させ水洗し、5,000×g、3分間遠心分離した。この水洗を前記アルカリ処理物が中性になるまで繰り返した後セルロース画分を調製し、乾燥させることなく湿潤状態を維持することでアルカリセルロースIV型を調製した。
前記セルロース画分の一部を使用し、凍結乾燥を行ない、得られた固形分の質量を測定することにより、セルロース画分中の固形分濃度を求め、該濃度をアルカリセルロースIV型の濃度とした。なお、セルロースII型とアルカリセルロースIV型との固形分質量は同一である(Hisao Nishimura and Anatole Sarko, Macromolecules, 1991, 24, p.771−778参照)。
(Test Example 1: Improvement of saccharification efficiency by modification of cellulose crystal type)
<Preparation of alkali cellulose type IV>
1 g of microcrystalline cellulose (Funacel; manufactured by Funakoshi Co., Ltd.), which is cellulose type I, was dispersed in 150 mL of 5N aqueous sodium hydroxide solution and gently stirred at room temperature for 1 hour to obtain an alkali-treated product. The alkali-treated product was centrifuged at 5,000 × g for 3 minutes, and then the supernatant was removed. The residue was dispersed by adding 150 mL of water, washed with water, and centrifuged at 5,000 × g for 3 minutes. This water washing was repeated until the alkali-treated product became neutral, and then a cellulose fraction was prepared, and an alkali cellulose type IV was prepared by maintaining a wet state without drying.
Using a portion of the cellulose fraction, freeze-drying, and measuring the mass of the obtained solid content, the solid content concentration in the cellulose fraction is determined, and the concentration is determined as the concentration of alkaline cellulose IV. did. In addition, the solid content mass of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV is the same (see Hisao Nishimura and Anatole Sarko, Macromolecules, 1991, 24, p. 771-778).

<セルロースII型の調製>
前記した方法と同様にして調製したセルロース画分を凍結乾燥することによりセルロースII型を調製した。
<Preparation of cellulose type II>
Cellulose type II was prepared by freeze-drying the cellulose fraction prepared in the same manner as described above.

<酵素糖化>
前記したように調製したアルカリセルロースIV型、セルロースII型、及び比較対照として微結晶セルロース(セルロースI型)をそれぞれ10mg使用し、酢酸緩衝液(終濃度 50mM酢酸、0.02質量%アジ化ナトリウム、pH4.5)を1mL添加し、終濃度を1.0質量%とした。次いで、セルラーゼ(Celluclast 1.5L;ノボザイムス・ジャパン社製)及びβ−グルコシダーゼ(Novozyme 188;ノボザイムス・ジャパン社製)を、それぞれ終濃度0.1mg/mLあるいは0.5mg/mLになるように、前記各セルロースに添加し、サーモブロック回転機(SN−48BN、株式会社日伸理化製)を用い、37℃、12rpmで24時間反応させることにより酵素糖化を行なった。前記反応後、サーモブロックを100℃にし、15分間保持することで酵素反応を停止した。
<Enzymatic saccharification>
10 mg each of alkali cellulose type IV, cellulose type II, and microcrystalline cellulose (cellulose type I) prepared as described above were used as a comparative control, and acetate buffer (final concentration 50 mM acetic acid, 0.02 mass% sodium azide). , PH 4.5) was added to a final concentration of 1.0% by mass. Next, cellulase (Celluclast 1.5L; manufactured by Novozymes Japan) and β-glucosidase (Novozyme 188; manufactured by Novozymes Japan) were respectively added to a final concentration of 0.1 mg / mL or 0.5 mg / mL. Enzymatic saccharification was performed by adding to each cellulose and reacting at 37 ° C. and 12 rpm for 24 hours using a thermoblock rotating machine (SN-48BN, manufactured by Nisshin Rika Co., Ltd.). After the reaction, the enzyme reaction was stopped by keeping the thermoblock at 100 ° C. and holding for 15 minutes.

<糖化率の算出>
<<グルコース濃度の測定>>
前記したように、酵素糖化の基質であるアルカリセルロースIV型、セルロースII型、及び微結晶セルロース(セルロースI型)を酵素糖化した後、10,000×g、5分間遠心分離し、上清中のグルコースをグルコーステストCIIワコー(和光純薬株式会社製)により発色させ、グルコース濃度を紫外可視分光光度計(UVmini−1240;株式会社島津製作所製)にて測定した。このグルコース濃度より、酵素糖化基質1gあたりから遊離したグルコース量を算出した。
<Calculation of saccharification rate>
<< Measurement of glucose concentration >>
As described above, alkaline cellulose type IV, cellulose type II, and microcrystalline cellulose (cellulose type I), which are substrates for enzymatic saccharification, are enzymatically saccharified, then centrifuged at 10,000 × g for 5 minutes, and in the supernatant. The glucose was colored with a glucose test CII Wako (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the glucose concentration was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (UVmini-1240; manufactured by Shimadzu Corporation). From this glucose concentration, the amount of glucose liberated from 1 g of enzyme saccharification substrate was calculated.

<<酵素糖化基質中のグルカン含有量の測定>>
酵素糖化の基質であるアルカリセルロースIV型、セルロースII型、及び微結晶セルロース(セルロースI型)に含まれるグルカン含有量を、以下の方法で調べた。即ち、前記酵素糖化前の各セルロースをぞれぞれ20mg使用し、72質量%硫酸1mLに分散させ、30℃にて1時間処理後、純水で8倍希釈し、更に100℃で2時間処理し、加水分解液を得た(以下、「2段階硫酸処理」と称することがある。)。この加水分解液の一部に炭酸カルシウム粉末を添加し、中和を行なった。次いで、10,000×g、5分間遠心分離を行い、上清中のグルコース濃度を前記グルコースの測定方法と同様の方法で測定した。このグルコース濃度より、酵素糖化基質1gあたりのグルカン含有量を算出した。
<< Measurement of glucan content in enzyme saccharification substrate >>
The glucan content contained in alkaline cellulose type IV, cellulose type II, and microcrystalline cellulose (cellulose type I), which are substrates for enzymatic saccharification, was examined by the following method. That is, 20 mg of each cellulose before enzymatic saccharification was used, dispersed in 1 mL of 72 mass% sulfuric acid, treated at 30 ° C. for 1 hour, diluted 8 times with pure water, and further at 100 ° C. for 2 hours. This was treated to obtain a hydrolyzed solution (hereinafter sometimes referred to as “two-stage sulfuric acid treatment”). Calcium carbonate powder was added to a part of this hydrolyzed solution to neutralize it. Subsequently, centrifugation was performed at 10,000 × g for 5 minutes, and the glucose concentration in the supernatant was measured by the same method as the glucose measurement method. From this glucose concentration, the glucan content per gram of enzyme saccharification substrate was calculated.

<<糖化率の算出方法>>
前記酵素糖化基質1gあたりから遊離したグルコース量と、前記酵素糖化基質1gあたりのグルカン含有量とを用いて、下記計算式(1)より、糖化率を算出した。
糖化率(質量%)=100×(酵素糖化基質1gあたりから遊離したグルコース量×0.9)/酵素糖化基質1gあたりのグルカン含有量・・・計算式(1)
前記計算式(1)中、「0.9」は、多糖のグリコシド結合数を考慮した換算係数である。
<< Calculation method of saccharification rate >>
Using the amount of glucose released from 1 g of the enzyme saccharification substrate and the glucan content per g of the enzyme saccharification substrate, the saccharification rate was calculated from the following calculation formula (1).
Saccharification rate (mass%) = 100 × (amount of glucose liberated from 1 g of enzyme saccharification substrate × 0.9) / glucan content per g of enzyme saccharification substrate—calculation formula (1)
In the calculation formula (1), “0.9” is a conversion factor considering the number of glycosidic bonds of the polysaccharide.

<結果>
糖化率を図1に示す。図1より、セルロースI型、セルロースII型、及びアルカリセルロースIV型はいずれも酵素濃度依存的に糖化されたが、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型は、セルロースI型と比較して糖化率が高く、アルカリセルロースIV型の糖化率が特に高かった。
また、酵素群を0.5mg/mL用いた場合の糖化率の経時変化を図2に示す。セルロースI型の最初の1時間の糖化率は9質量%と低かった。一方、セルロースII型の最初の1時間の糖化率は13質量%、アルカリセルロースIV型の最初の1時間の糖化率は31質量%と高かった。これらの結果より、セルロースII型は、セルロースI型と比較して糖化速度が速く、アルカリセルロースIV型は更に速かった。
<Result>
The saccharification rate is shown in FIG. From FIG. 1, cellulose type I, cellulose type II, and alkaline cellulose type IV were all saccharified depending on the enzyme concentration, but cellulose type II and alkaline cellulose type IV had a saccharification rate as compared with cellulose type I. The saccharification rate of alkali cellulose type IV was particularly high.
Moreover, the time-dependent change of the saccharification rate at the time of using 0.5 mg / mL of enzyme groups is shown in FIG. The saccharification rate of cellulose type I for the first hour was as low as 9% by mass. On the other hand, the saccharification rate of cellulose type II for the first hour was 13% by mass, and the saccharification rate of alkali cellulose type IV for the first hour was 31% by mass. From these results, cellulose type II had a faster saccharification rate than cellulose type I, and alkaline cellulose type IV was even faster.

(試験例2:草本系茎葉部原料のアルカリ処理による糖化効率の検討)
<アルカリセルロースIV型の調製>
草本系茎葉部原料として、サトウキビバガス及びイネワラを用いた。サトウキビバガス及びイネワラは粉砕し、2mmメッシュフィルターを通過したものを使用した。このサトウキビバガス粉砕物及びイネワラ粉砕物をそれぞれ6g使用し、5N水酸化ナトリウム水溶液を150mLを作用させ、時間を3時間にした以外は、試験例1と同様の方法でアルカリセルロースIV型を調製した。
(Test Example 2: Examination of saccharification efficiency by alkali treatment of herbaceous stem and leaf material)
<Preparation of alkali cellulose type IV>
Sugarcane bagasse and rice straw were used as herbaceous stem and leaf material. Sugarcane bagasse and rice straw were crushed and passed through a 2 mm mesh filter. Alkaline cellulose type IV was prepared in the same manner as in Test Example 1, except that 6 g each of this sugarcane bagasse pulverized product and rice straw pulverized product were used, and 150 mL of 5N aqueous sodium hydroxide was allowed to act for 3 hours. .

<セルロースII型の調製>
サトウキビバガス粉砕物及びイネワラ粉砕物をそれぞれ6g使用した以外は、試験例1と同様の方法でセルロースII型を調製した。
<Preparation of cellulose type II>
Cellulose type II was prepared in the same manner as in Test Example 1, except that 6 g each of the sugar cane bagasse pulverized product and the rice straw pulverized product were used.

<超臨界アンモニア流体処理によるセルロースIII型の調製>
サトウキビバガス粉砕物及びイネワラ粉砕物をそれぞれ1g使用し、30mL容耐圧容器に入れて密閉し、冷却装置にて容器を−13℃に冷却しながら、0.5MPaの定圧で30分間アンモニアを流入し、サトウキビバガス粉砕物及びイネワラ粉砕物をそれぞれ完全に液体アンモニアに浸漬させた。次いで、140℃にて1時間の加熱乃至加圧処理を行った。このとき、容器中の圧力は11MPa以上になっていることを確認した。超臨界アンモニア流体処理後、アンモニアガスをリークした。前記処理後のセルロースを乾燥させることにより、前記超臨界アンモニア流体処理によりセルロースIII型を調製した。
<Preparation of cellulose III type I by supercritical ammonia fluid treatment>
Use 1g each of sugarcane bagasse pulverized product and rice straw pulverized product, put it in a 30mL pressure vessel, seal it, and cool the container to -13 ° C with a cooling device, and inject ammonia at a constant pressure of 0.5MPa for 30 minutes. The sugarcane bagasse pulverized product and the rice straw pulverized product were each completely immersed in liquid ammonia. Subsequently, the heating thru | or pressurization process for 1 hour were performed at 140 degreeC. At this time, it was confirmed that the pressure in the container was 11 MPa or more. After the supercritical ammonia fluid treatment, ammonia gas was leaked. By drying the treated cellulose, cellulose III type I was prepared by the supercritical ammonia fluid treatment.

<酵素糖化>
前記したように調製したアルカリセルロースIV型、及びセルロースII型を用い、試験例1の酵素群が0.5mg/mLの場合と同様の方法で酵素糖化を行なった。また、比較対照として上述のようにして得られたセルロースIII型、未処理のサトウキビバガス粉砕物(セルロースI型)、及び未処理のイネワラ粉砕物(セルロースI型)を用い、同様の方法で酵素糖化を行なった。
<Enzymatic saccharification>
Using alkaline cellulose type IV and cellulose type II prepared as described above, enzymatic saccharification was performed in the same manner as in the case where the enzyme group in Test Example 1 was 0.5 mg / mL. Further, as a comparative control, cellulose III type I obtained as described above, untreated sugarcane bagasse ground product (cellulose type I), and untreated rice bran ground product (cellulose type I) were used in the same manner. Enzymatic saccharification was performed.

<グルコース濃度の測定及び糖化効率の算出>
アルカリセルロースIV型、セルロースII型、セルロースIII型、未処理のサトウキビバガス粉砕物(セルロースI型)、及び未処理のイネワラ粉砕物(セルロースI型)を酵素糖化した後、試験例1と同様の方法で酵素糖化基質1gあたりから遊離したグルコース量及び酵素糖化基質1gあたりのグルカン含有量を算出し、前記計算式(1)より糖化率を算出した。
<Measurement of glucose concentration and calculation of saccharification efficiency>
After enzymatic saccharification of alkali cellulose type IV, cellulose type II, cellulose III type I , untreated sugarcane bagasse pulverized product (cellulose type I) and untreated rice bran pulverized product (cellulose type I), the same as in Test Example 1 The amount of glucose released from 1 g of enzyme saccharification substrate and the glucan content per gram of enzyme saccharification substrate were calculated by the above method, and the saccharification rate was calculated from the above formula (1).

<結果>
糖化率を図3に示す。図3より、未処理のサトウキビバガス粉砕物(セルロースI型)、及び未処理のイネワラ粉砕物(セルロースI型)では、ほとんど糖化が認められなかった。超臨界アンモニア流体処理を行ったセルロースIII型は、サトウキビバガス粉砕物及びイネワラ粉砕物のどちらにおいても、その糖化率は25質量%程度であり低かった。これに対し、アルカリ処理を行ったセルロースII型の糖化率は、55質量%程度と良好な糖化率であった。更に、アルカリセルロースIV型の糖化率は、サトウキビバガス粉砕物においては80質量%程度であり、特に良好な値であった。
また、サトウキビバガス粉砕物の糖化率の経時変化を図4に示す。試験例1の結果と同様に、セルロースII型はセルロースI型と比較して糖化速度が速く、アルカリセルロースIV型は更に速かった。
<Result>
The saccharification rate is shown in FIG. From FIG. 3, saccharification was hardly recognized in the untreated sugarcane bagasse pulverized product (cellulose type I) and the untreated rice bran pulverized product (cellulose type I). Cellulose III type I which was treated with supercritical ammonia fluid had a low saccharification rate of about 25% by mass in both sugarcane bagasse pulverized product and rice straw pulverized product. On the other hand, the saccharification rate of the cellulose type II subjected to the alkali treatment was as good as about 55% by mass. Furthermore, the saccharification rate of alkali cellulose type IV was about 80% by mass in the pulverized sugarcane bagasse, which was a particularly good value.
FIG. 4 shows the change over time in the saccharification rate of the pulverized sugarcane bagasse. Similar to the results of Test Example 1, cellulose type II had a faster saccharification rate than cellulose type I, and alkaline cellulose type IV was even faster.

(試験例3:サトウキビバガス粉砕物のアルカリ処理による糖質回収率の検討)
<方法>
アルカリ処理工程において、洗浄を行なうと低分子の糖質や固形分の流出が起こることがあるため、試験例2でサトウキビバガス粉砕物より調製したセルロース画分を用いて糖質の回収率の検討を行った。
前記セルロース画分及び未処理のサトウキビバガス粉砕物(セルロースI型)をそれぞれ10mg使用し、試験例1と同様の方法で2段階硫酸処理を行い、加水分解液を得た後、この加水分解液の一部に炭酸カルシウム粉末を添加し、中和を行なった。次いで、10,000×g、5分間遠心分離を行い、上清中のグルコース及びキシロースを、前記した方法と同様の方法で測定した。測定したグルコース濃度より、各セルロース1gあたりのグルカン含有量を算出した。また、測定したキシロース濃度より、各セルロース1gあたりのキシラン含有量を算出した。
(Test Example 3: Examination of carbohydrate recovery rate by alkali treatment of sugarcane bagasse ground product)
<Method>
In the alkali treatment process, washing out of low-molecular sugars and solids may occur when washing is performed. Therefore, the recovery rate of sugars using the cellulose fraction prepared from the ground sugarcane bagasse in Test Example 2 was examined. Went.
10 mg each of the cellulose fraction and untreated sugarcane bagasse pulverized product (cellulose type I) were used and subjected to a two-step sulfuric acid treatment in the same manner as in Test Example 1 to obtain a hydrolyzed solution. Calcium carbonate powder was added to a part of the sample to neutralize it. Subsequently, centrifugation was performed at 10,000 × g for 5 minutes, and glucose and xylose in the supernatant were measured by the same method as described above. The glucan content per gram of each cellulose was calculated from the measured glucose concentration. Moreover, the xylan content per 1 g of each cellulose was calculated from the measured xylose concentration.

<<糖質回収率の算出方法>>
セルロース画分のグルカン回収率を下記計算式(2)より算出し、セルロース画分のキシラン回収率を下記計算式(3)より算出した。
グルカン回収率(質量%)=100×セルロース画分1gあたりのグルカン含有量/未処理サトウキビバガス粉砕物1gあたりのグルカン含有量・・・計算式(2)
キシラン回収率(質量%)=100×セルロース画分1gあたりのキシラン含有量/未処理サトウキビバガス粉砕物1gあたりのキシラン含有量・・・計算式(3)
<< Calculation method of carbohydrate recovery rate >>
The glucan recovery rate of the cellulose fraction was calculated from the following calculation formula (2), and the xylan recovery rate of the cellulose fraction was calculated from the following calculation formula (3).
Glucan recovery rate (mass%) = 100 × glucan content per gram of cellulose fraction / glucan content per gram of untreated sugarcane bagasse pulverized product: Formula (2)
Xylan recovery rate (mass%) = 100 × xylan content per gram of cellulose fraction / xylan content per gram of untreated sugarcane bagasse crushed product (Formula 3)

<結果>
結果を下記表1に示す。表1より、アルカリ処理工程を経て得られたセルロース画分においてキシランの多くが流出していたものの、グルカンの流出はほとんどなかった。このことから、アルカリ処理工程は、グルカンを流出することがないため、セルロースの結晶型を効率よくセルロースI型からセルロースII型及びアルカリセルロースIV型に改変できることが示された。
<Result>
The results are shown in Table 1 below. From Table 1, although most of xylan was flowing out in the cellulose fraction obtained through the alkali treatment step, there was almost no glucan outflow. From this, it was shown that since the alkali treatment step does not flow out glucan, the crystal form of cellulose can be efficiently modified from cellulose type I to cellulose type II and alkaline cellulose type IV.

(試験例4:草本系茎葉部原料、広葉樹原料、及び針葉樹原料に対するアルカリ処理の比較)
<アルカリセルロースIV型の調製>
草本系茎葉部原料であるサトウキビバガス粉砕物、広葉樹原料であるコナラ粉砕物、及び針葉樹原料粉砕物であるスギをそれぞれ1g使用し、5N水酸化ナトリウム水溶液を200mLにした以外は、試験例1と同様の方法で、各原料のアルカリセルロースIV型を調製した。
(Test Example 4: Comparison of alkali treatment for herbaceous stem and leaf material, hardwood material, and coniferous material)
<Preparation of alkali cellulose type IV>
Test Example 1 except that 1 g of each of the herbaceous shoots of sugarcane bagasse, crushed crickets of hardwood, and cedar that is crushed softwood is used, and the 5N aqueous sodium hydroxide solution is 200 mL. In the same manner, alkali cellulose type IV of each raw material was prepared.

<酵素糖化>
上述のようにして得られた各原料のアルカリセルロースIV型を用い、試験例1の酵素群が0.5mg/mLの場合と同様の方法で酵素糖化を行なった。また、比較対照として未処理のサトウキビバガス粉砕物、コナラ粉砕物、及びスギ粉砕物を用い、同様の方法で酵素糖化を行なった。
<Enzymatic saccharification>
Enzymatic saccharification was performed in the same manner as in the case where the enzyme group of Test Example 1 was 0.5 mg / mL, using the alkali cellulose type IV of each raw material obtained as described above. In addition, enzymatic saccharification was performed in the same manner using untreated sugarcane bagasse pulverized product, corn pulverized product, and cedar pulverized product as a comparative control.

<グルコース濃度の測定及び糖化効率の算出>
酵素糖化における反応後の各処理物について、試験例1と同様の方法でグルコース濃度を測定し、糖化率を算出した。
<Measurement of glucose concentration and calculation of saccharification efficiency>
About each processed material after the reaction in enzyme saccharification, the glucose concentration was measured by the same method as in Test Example 1, and the saccharification rate was calculated.

<結果>
糖化率を図5に示す。図5より、スギ(針葉樹原料)は、アルカリ処理後の糖化率がおよそ40質量%程度であった。これに対し、サトウキビバガス(草本系茎葉部原料)及びコナラ(広葉樹原料)では、アルカリ処理を行い、アルカリセルロースIV型に改変することで、糖化率が90質量%前後又はそれ以上となり、飛躍的に向上した。これらの結果より、前記アルカリ処理は、草本系茎葉部原料及び広葉樹原料に対して、顕著な糖化効率の向上を示すことが認められた。
<Result>
The saccharification rate is shown in FIG. From FIG. 5, the saccharification rate of the cedar (the coniferous raw material) after the alkali treatment was about 40% by mass. On the other hand, sugarcane bagasse (herbaceous stem and leaf material) and quercus (hardwood material) are treated with alkali and modified to alkaline cellulose IV type, so that the saccharification rate is around 90% by mass or more, which is a breakthrough. Improved. From these results, it was confirmed that the alkali treatment showed a marked improvement in saccharification efficiency with respect to herbaceous stem and leaf material and hardwood material.

(試験例5:広葉樹原料に対する2段階アルカリ処理法の検討)
<アルカリセルロースIV型の調製>
試験例4で調製したコナラ(広葉樹原料)粉砕物1gに対し、0.3N水酸化ナトリウム水溶液を20mL加え、耐圧容器内で100℃、1時間処理した(1段目アルカリ処理)。次いで、5,000×g、3分間遠心分離し、上清を除去後、5N水酸化ナトリウム水溶液(濃アルカリ)200mL及びNaBHを終濃度0.01質量%となるように添加し、室温にて1時間ゆるやかに攪拌した(2段目アルカリ処理)。2段目アルカリ処理後、5,000×g、3分間遠心分離し、残渣に水400mLを添加して分散させ水洗し、5,000×g、3分間遠心分離した。この水洗を処理物が中性になるまで繰り返した。
なお、前記1段目アルカリ処理及び2段目アルカリ処理を行うことを、以下、「2段階アルカリ処理法」と称することがある。
(Test Example 5: Examination of two-step alkali treatment method for hardwood raw materials)
<Preparation of alkali cellulose type IV>
20 g of a 0.3N sodium hydroxide aqueous solution was added to 1 g of the pulverized Japanese oak (hardwood material) prepared in Test Example 4 and treated in a pressure vessel at 100 ° C. for 1 hour (first-stage alkali treatment). Next, after centrifuging at 5,000 × g for 3 minutes and removing the supernatant, 200 mL of 5N aqueous sodium hydroxide (concentrated alkali) and NaBH 4 were added to a final concentration of 0.01% by mass, and the mixture was brought to room temperature. The mixture was gently stirred for 1 hour (second stage alkali treatment). After the second-stage alkali treatment, the mixture was centrifuged at 5,000 × g for 3 minutes, and 400 mL of water was added to the residue, dispersed and washed, and centrifuged at 5,000 × g for 3 minutes. This washing with water was repeated until the treated product became neutral.
The first-stage alkali treatment and the second-stage alkali treatment may be hereinafter referred to as “two-stage alkali treatment method”.

<酵素糖化>
2段階アルカリ処理法により得られた各原料のアルカリセルロースIV型を使用し、試験例1の酵素群が0.5mg/mLの場合と同様の方法で酵素糖化を行なった。また、比較対照として各原料の未処理粉砕物を用い、同様の方法で酵素糖化を行なった。
<Enzymatic saccharification>
Enzymatic saccharification was carried out in the same manner as in Example 1 where the enzyme group in Test Example 1 was 0.5 mg / mL, using each raw material alkaline cellulose type IV obtained by the two-step alkali treatment method. In addition, enzymatic saccharification was performed in the same manner using untreated pulverized materials of each raw material as a comparative control.

<グルコース濃度の測定及び糖化効率の算出>
酵素糖化における反応後の各処理物について、試験例1と同様の方法でグルコース濃度を測定し、糖化率を算出した。
<Measurement of glucose concentration and calculation of saccharification efficiency>
About each processed material after the reaction in enzyme saccharification, the glucose concentration was measured by the same method as in Test Example 1, and the saccharification rate was calculated.

<結果>
結果を下記表2に示す。表2より、2段階アルカリ処理法を行った場合、コナラ(広葉樹原料)では、酵素糖化反応24時間における糖化率は約90質量%であった。一方、1段目のアルカリ処理のみの場合の糖化率は約40質量%であった。
<Result>
The results are shown in Table 2 below. From Table 2, when the two-step alkali treatment method was performed, the saccharification rate in the enzyme saccharification reaction for 24 hours was about 90% by mass in Quercus (a hardwood raw material). On the other hand, the saccharification rate in the case of only the first-stage alkali treatment was about 40% by mass.

試験例4〜5より、木化の程度が進行した広葉樹原料においては、5N水酸化ナトリウムによる処理によるセルロース結晶型の改変が有効であることが示された。2段階アルカリ処理法では、糖化率が良好であり、更に1段目の0.3N水酸化ナトリウムによる処理でリグニンの一部を除去することにより、リグニンなどの溶出物質による、2段目に用いる濃アルカリ(5N水酸化ナトリウム水溶液)の汚染が防止され、濃アルカリを繰り返し利用することが可能となる点で有利である。また、5N水酸化ナトリウムによる処理における廃液を希釈し1段目に使用することで、アルカリ水溶液の使用量を低減させることができる点でも有利である。   From Test Examples 4 to 5, it was shown that the modification of cellulose crystal type by treatment with 5N sodium hydroxide is effective in the hardwood raw material having a degree of lignification. In the two-step alkali treatment method, the saccharification rate is good, and further, a part of lignin is removed by treatment with 0.3N sodium hydroxide in the first step, so that it is used in the second step due to an elution substance such as lignin. Contamination of concentrated alkali (5N sodium hydroxide aqueous solution) is prevented, and it is advantageous in that concentrated alkali can be used repeatedly. In addition, it is advantageous in that the amount of the alkaline aqueous solution can be reduced by diluting the waste liquid in the treatment with 5N sodium hydroxide and using it in the first stage.

(試験例6:草本系茎葉部原料に対するアルカリ処理による糖化率の向上)
<アルカリセルロースIV型の調製>
オオムギ(品種系統:シルキースノウ)、コムギ(品種系統:ユメシホウ)、ススキ(品種系統:八代系)、スイッチグラス(品種系統:Konlow)、ジョンソングラス、ネピアグラス(品種系統:Merker)、エリアンサス(品種系統:KO1及びKO2)の、8種の草本系茎葉部原料の粉砕物を純水で十分に洗浄し、65℃で3日間乾燥させた後に再度粉砕を行なった。前記8種の草本系茎葉部原料の粉砕物を、ぞれぞれ140mg使用し、5N水酸化ナトリウム水溶液を2.8mLにした以外は、試験例1と同様の方法で各原料のアルカリセルロースIV型を調製した。
(Test Example 6: Improvement of saccharification rate by alkali treatment on herbaceous stem and leaf material)
<Preparation of alkali cellulose type IV>
Barley (Cultivar: Silky Snow), Wheat (Cultivar: Yumesihou), Susuki (Cultivar: Yatsushiro), Switchgrass (Cultivar: Konlow), Johnson Grass, Napiergrass (Cultivar: Merker), Eliansus ( The pulverized product of 8 kinds of herbaceous stem and leaf material of cultivar line: KO1 and KO2) was thoroughly washed with pure water, dried at 65 ° C. for 3 days, and then pulverized again. Alkaline cellulose IV of each raw material was tested in the same manner as in Test Example 1, except that 140 mg of each of the above 8 kinds of herbaceous stem and leaf material was used and 2.8 mL of 5N sodium hydroxide aqueous solution was used. A mold was prepared.

<酵素糖化>
前記したようにして調製した各原料のアルカリセルロースIV型を使用し、試験例1の酵素群が0.5mg/mLの場合と同様の方法で酵素糖化を行なった。また、比較対照として各原料の未処理粉砕物を用い、同様の方法で酵素糖化を行なった。
<Enzymatic saccharification>
Enzymatic saccharification was performed in the same manner as in the case where the enzyme group of Test Example 1 was 0.5 mg / mL using each raw material alkaline cellulose type IV prepared as described above. In addition, enzymatic saccharification was performed in the same manner using untreated pulverized materials of each raw material as a comparative control.

<グルコース濃度の測定及び糖化効率の算出>
糖化工程における反応後の各処理物について、試験例1と同様の方法でグルコース濃度を測定し、糖化率を算出した。
<Measurement of glucose concentration and calculation of saccharification efficiency>
About each processed material after the reaction in a saccharification process, the glucose concentration was measured by the method similar to Test Example 1, and the saccharification rate was computed.

<結果>
糖化率を図6に示す。図6より、いずれの草本系茎葉部原料においてもアルカリ処理を行うことで、酵素糖化反応後のグルコース回収率が80質量%〜90質量%にまで向上した。
これらの結果より、草本系茎葉部原料の酵素糖化反応の前処理としてアルカリ処理を行っても、ほとんどグルカンの損失がなく、かつ酵素糖化反応の効率が飛躍的に向上するため、草本系茎葉部原料中のグルカンの大部分をグルコースとして回収することができることが認められた。
<Result>
The saccharification rate is shown in FIG. From FIG. 6, the glucose recovery after the enzymatic saccharification reaction was improved to 80% by mass to 90% by mass by performing alkali treatment on any herbaceous stem and leaf material.
From these results, even when alkaline treatment is performed as a pretreatment for the enzymatic saccharification reaction of the herbaceous stem and leaf material, there is almost no loss of glucan and the efficiency of the enzymatic saccharification reaction is dramatically improved. It was found that most of the glucan in the raw material can be recovered as glucose.

(試験例7:セルロースII型及びアルカリセルロースIV型のX線回折の測定)
<方法>
試験例1において、微結晶セルロース(フナセル)から調製したセルロースII型及びアルカリセルロースIV型、並びに比較対照として未処理の微結晶セルロースをそれぞれ100mg使用し、以下の条件でX線回折パターンの測定を行なった。
測定条件
測定装置:RINT2000(株式会社リガク製)
X線出力(Cu Kα):38kV、50mA
X線波長:λ=0.15418nm
走査範囲:2θ=6°〜30°、Δ2θ=0.1°
各ステップにおける測定時間:20秒間
スリット:DS=0.5°、SS=0.5°、RS=0.15mm
(Test Example 7: Measurement of X-ray diffraction of cellulose type II and alkali cellulose type IV)
<Method>
In Test Example 1, 100 mg each of cellulose type II and alkali cellulose type IV prepared from microcrystalline cellulose (funacell) and untreated microcrystalline cellulose was used as a comparative control, and the X-ray diffraction pattern was measured under the following conditions. I did it.
Measuring conditions Measuring device: RINT2000 (manufactured by Rigaku Corporation)
X-ray output (Cu Kα): 38 kV, 50 mA
X-ray wavelength: λ = 0.15418 nm
Scanning range: 2θ = 6 ° -30 °, Δ2θ = 0.1 °
Measurement time at each step: 20 seconds Slit: DS = 0.5 °, SS = 0.5 °, RS = 0.15 mm

図7Aに未処理の微結晶セルロース(セルロースI型)のX線回折パターンを、図7Bにアルカリ処理後のセルロースII型のX線回折パターンを、図7CにアルカリセルロースIV型のX線回折パターンを示す。   7A shows an X-ray diffraction pattern of untreated microcrystalline cellulose (cellulose type I), FIG. 7B shows an X-ray diffraction pattern of cellulose type II after alkali treatment, and FIG. 7C shows an X-ray diffraction pattern of alkali cellulose type IV. Indicates.

図7Bに現れたセルロースに特徴的な赤道の3つのピーク(格子間隔(d))は、Bragg式を用いて求めた。結晶子サイズ(L)は、それぞれの面に垂直な方向の面間隔であり、下記計算式(4)で表されるScherrer式を用いて求めた。
L=0.9λ/(Hcosθ)・・・計算式(4)
前記計算式(4)中、「L」は結晶サイズ、「λ」は前記X線波長、「H」は半値全幅、「θ」はBragg角を表す。結晶化度(CrI)は、結晶に基づく面積の、全面積に対する割合から算出した。結果を下記表3に示す。
The three equator peaks (lattice spacing (d)) characteristic of cellulose appearing in FIG. 7B were determined using the Bragg equation. The crystallite size (L) is a surface interval in a direction perpendicular to each surface, and was obtained using a Scherrer equation represented by the following calculation equation (4).
L = 0.9λ / (H cos θ) (4)
In the calculation formula (4), “L” represents the crystal size, “λ” represents the X-ray wavelength, “H” represents the full width at half maximum, and “θ” represents the Bragg angle. The degree of crystallinity (CrI) was calculated from the ratio of the area based on crystals to the total area. The results are shown in Table 3 below.

<結果>
図7A〜C及び表3より、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型では、セルロースI型のような低角度側の大きなピークは認められなかった。
セルロースII型には、格子間隔(d)(低角度側の3つのピーク)が認められたが(図7B)、結晶サイズ(L)は、セルロースI型と同程度であった(表3)。
アルカリ処理後乾燥させることなく湿潤状態を維持したアルカリセルロースIV型のX線回折パターンは、アルカリ処理後に乾燥を行なったセルロースII型と大きく異なっており、2θが27°付近に大きなブロードのピークが認められた(図7C中、破線の楕円で示す。)。これは、余分な水による散漫散乱である。また、格子間隔(d)の最も低角度側のピークが、セルロースII型と比較してブロードであり、低角度側に1°ずれていた(図7C中、矢印で示す。)。更に、結晶サイズ(L)は1.8nmであり、セルロースI型及びセルロースII型と顕著に異なっていた。
<Result>
From FIGS. 7A to 7C and Table 3, in cellulose type II and alkali cellulose type IV, a large peak on the low angle side as in cellulose type I was not observed.
Cellulose type II showed lattice spacing (d) (three peaks on the low angle side) (FIG. 7B), but the crystal size (L) was comparable to cellulose type I (Table 3). .
The X-ray diffraction pattern of alkali cellulose type IV, which has been kept wet without being dried after alkali treatment, is greatly different from cellulose type II which has been dried after alkali treatment, and has a large broad peak at 2θ around 27 °. It was recognized (indicated by a dashed ellipse in FIG. 7C). This is a diffuse scattering due to excess water. Further, the peak at the lowest angle side of the lattice spacing (d) was broader than that of cellulose type II and was shifted by 1 ° to the low angle side (indicated by an arrow in FIG. 7C). Furthermore, the crystal size (L) was 1.8 nm, which was significantly different from cellulose type I and cellulose type II.

X線回折の結果より、図8にセルロースII型とアルカリセルロースIV型の単位格子中における分子鎖配列の分子鎖軸の投影図を重ねて示した。図8中、c軸は紙面より上向きを示す。疎水結合によって堆積したセルロース分子鎖シート(図8中、楕円で示す。)は、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の両結晶型で保持されていた。しかし、アルカリセルロースIV型は、水分子が間に挿入されているため、セルロースII型の(1 −1 0)面の間隔は0.726nmであったのに対し、アルカリセルロースIV型の(1 −1 0)面の間隔は0.787nmであった(表3)。アルカリセルロースIV型は、セルロースII型の(1 −1 0)面の間隔を100%としたとき、[1 −1 0]方向(図8中、矢印で示す。)に8.4%膨潤していた。この分子鎖配列は、Hisao Nishimura and Anatole Sarko, Macromolecules, 1991, 24, p.771−778のアルカリセルロースIV型と一致するものと考えられる。
表3において、[1 −1 0]方向のアルカリセルロースIV型の結晶サイズ(L)は1.8nmであり、セルロースII型は4.2nmであった。これは、セルロースII型は乾燥させることにより水分子が疎水性結合シートから放出され、[1 −1 0]方向に縮むため、結晶サイズがアルカリセルロースIV型の2倍以上になったと考えられる。
From the results of X-ray diffraction, FIG. 8 shows a projection of the molecular chain axis of the molecular chain arrangement in the unit cell of cellulose type II and alkali cellulose type IV. In FIG. 8, the c-axis indicates upward from the paper surface. The cellulose molecular chain sheet deposited by hydrophobic bonding (indicated by an ellipse in FIG. 8) was held in both the crystal form of cellulose type II and alkali cellulose type IV. However, since alkali cellulose type IV has water molecules inserted between them, the interval between the (1-10) planes of cellulose type II was 0.726 nm, whereas alkali cellulose type IV (1 The interval between the (10) planes was 0.787 nm (Table 3). Alkaline cellulose type IV swells 8.4% in the [1-10] direction (indicated by an arrow in FIG. 8) when the interval between (1-10) planes of cellulose type II is 100%. It was. This molecular chain sequence is described in Hisao Nishimura and Anatolite Sarko, Macromolecules, 1991, 24, p. 771-778, which is considered to be consistent with alkali cellulose type IV.
In Table 3, the crystal size (L) of the alkaline cellulose type IV in the [1-10] direction was 1.8 nm, and the cellulose type II was 4.2 nm. This is presumably because the cellulose type II was dried, so that water molecules were released from the hydrophobic binding sheet and shrunk in the [1-10] direction, so that the crystal size was twice or more that of the alkali cellulose type IV.

(試験例8:サトウキビバガスアルカリ処理物のX線回折の測定)
<方法>
試験例2において、サトウキビバガス粉砕物から調製したセルロースII型及びアルカリセルロースIV型、比較対照として未処理のサトウキビバガス粉砕物をそれぞれ100mg用い、試験例7と同様の条件でX線回折パターンの測定を行なった。
(Test Example 8: Measurement of X-ray diffraction of sugarcane bagasse alkali treated product)
<Method>
Measurement of X-ray diffraction pattern under the same conditions as in Test Example 2 using 100 mg of cellulose II and alkaline cellulose IV prepared from pulverized sugarcane bagasse and 100 mg of untreated crushed sugarcane bagasse as a comparative control in Test Example 2 Was done.

<結果>
図9Aに未処理のサトウキビバガス粉砕物のX線回折パターンを、図9Bにアルカリ処理後のセルロースII型のX線回折パターンを、図9CにアルカリセルロースIV型のX線回折パターンを示す。
これらの結果より、サトウキビバガス粉砕物をアルカリ処理した場合も、試験例7と同様に、アルカリ処理後乾燥を行なったセルロースII型は3つのピークが認められたが、アルカリ処理後乾燥させることなく湿潤状態を維持したアルカリセルロースIVでは、2θが27°付近に大きなブロードのピークが認められ(図9C中、破線の楕円で示す。)、格子間隔(d)の最も低角度側のピークが、セルロースII型と比較してブロードであり、低角度側に1°ずれていた(図9C中、矢印で示す。)。糖化効率を促進するアルカリセルロースIV型は、X線回折においてセルロースII型とは異なるパターンを示し、セルロースII型とアルカリセルロースIV型とは明らかに異なるものであることが認められた。
<Result>
FIG. 9A shows an X-ray diffraction pattern of an untreated sugarcane bagasse pulverized product, FIG. 9B shows an X-ray diffraction pattern of cellulose II after alkali treatment, and FIG. 9C shows an X-ray diffraction pattern of alkali cellulose IV type.
From these results, even when the sugarcane bagasse pulverized product was alkali-treated, three peaks were observed in cellulose type II, which was dried after alkali treatment, as in Test Example 7, but without drying after alkali treatment. In alkali cellulose IV maintained in a wet state, a large broad peak is observed at 2θ of around 27 ° (indicated by a dashed ellipse in FIG. 9C), and the peak on the lowest angle side of the lattice spacing (d) is Compared with cellulose type II, it was broad and shifted by 1 ° to the low angle side (indicated by an arrow in FIG. 9C). Alkaline cellulose type IV that promotes saccharification efficiency showed a pattern different from cellulose type II in X-ray diffraction, and it was recognized that cellulose type II and alkaline cellulose type IV were clearly different.

本発明の糖の製造方法は、酵素糖化を効率的に行うことができ、そのため、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を向上させることが可能な、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法に好適に用いることができる。   The sugar production method of the present invention can efficiently carry out enzymatic saccharification, and therefore, a sugar production method capable of improving sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production efficiency, It can use suitably for the manufacturing method of ethanol, and the manufacturing method of lactic acid.

Claims (11)

草本系茎葉部原料及び広葉樹原料の少なくともいずれかのアルカリ処理物から、セルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得るアルカリ処理工程と、
該セルロース画分に含まれる該セルロースII型及び該アルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを酵素により糖化する糖化工程と、
を含むことを特徴とする糖の製造方法。
An alkali treatment step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV from at least any one of the herbaceous stem material and the hardwood material;
A saccharification step of saccharifying at least one of the cellulose type II and the alkali cellulose type IV contained in the cellulose fraction with an enzyme;
A method for producing sugar, comprising:
アルカリ処理工程が、アルカリ処理物を洗浄する洗浄処理を含む請求項1に記載の糖の製造方法。   The method for producing sugar according to claim 1, wherein the alkali treatment step includes a washing treatment for washing the alkali-treated product. アルカリ処理工程が、アルカリ処理物を乾燥させることなくセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得る工程である請求項1から2のいずれかに記載の糖の製造方法。   The method for producing sugar according to any one of claims 1 to 2, wherein the alkali treatment step is a step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV without drying the alkali-treated product. . アルカリセルロースIV型の含有量が、全セルロースの含有量に対して90質量%以上である請求項1から3のいずれかに記載の糖の製造方法。   The method for producing a sugar according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of alkali cellulose IV type is 90% by mass or more based on the content of total cellulose. アルカリ処理工程が、アルカリ処理物の水分含有率を低下させることによりセルロースII型及びアルカリセルロースIV型の少なくともいずれかを含むセルロース画分を得る工程である請求項1から2のいずれかに記載の糖の製造方法。   The alkali treatment step is a step of obtaining a cellulose fraction containing at least one of cellulose type II and alkali cellulose type IV by reducing the water content of the alkali-treated product. A method for producing sugar. セルロースII型の含有量が、全セルロースの含有量に対して90質量%以上である請求項5に記載の糖の製造方法。   The method for producing sugar according to claim 5, wherein the content of cellulose type II is 90% by mass or more based on the total cellulose content. アルカリ処理工程が、セルロース画分のpHを調整するpH調整処理を含む請求項1から6のいずれかに記載の糖の製造方法。   The method for producing sugar according to any one of claims 1 to 6, wherein the alkali treatment step includes a pH adjustment treatment for adjusting the pH of the cellulose fraction. 酵素が、セルラーゼ及びβ−グルコシダーゼの少なくともいずれかを含む酵素群である請求項1から7のいずれかに記載の糖の製造方法。   The method for producing sugar according to any one of claims 1 to 7, wherein the enzyme is an enzyme group containing at least one of cellulase and β-glucosidase. 請求項1から8のいずれかに記載の糖の製造方法で得られることを特徴とする糖。   A sugar obtained by the method for producing a sugar according to any one of claims 1 to 8. 請求項9に記載の糖を発酵させてエタノールを得ることを特徴とするエタノールの製造方法。   A method for producing ethanol comprising fermenting the sugar according to claim 9 to obtain ethanol. 請求項9に記載の糖を発酵させて乳酸を得ることを特徴とする乳酸の製造方法。   A method for producing lactic acid, wherein the saccharide is fermented to obtain lactic acid.
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