JP2015070822A - 糖の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、草本系バイオマスから、生産性、すなわち粉砕における投下動力あたりの糖化効率に優れた糖の製造方法を提供する。【解決手段】下記工程（１）〜（３）を有する、糖の製造方法。工程（１）：草本系バイオマスを、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕し、粉砕処理バイオマスを得る工程。工程（２）：工程（１）で得られた粉砕処理バイオマスを、塩基性化合物と接触させて、アルカリ処理バイオマスを得る工程。工程（３）：工程（２）で得られたアルカリ処理バイオマスを、酵素により糖化処理する工程。【選択図】なし

Description

本発明は、草本系バイオマスから糖を製造する方法に関する。

化石資源の枯渇や地球温暖化等の問題から、化石資源代替原料を用いた燃料、化学品への転換が求められている。そこで近年、非可食の植物系バイオマスから糖を効率よく入手し、得られた糖からバイオ変換又は化学変換を介してエタノールやヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）等の有用ケミカル類を製造するための研究が盛んに行われている。

植物系バイオマスは、セルロース、へミセルロース、及びリグニン等を含有し、セルロース、ヘミセルロース、リグニン成分が絡み合った複雑な構造を有している。また、セルロースが強固な結晶構造を有することから、セルロースやヘミセルロースの多糖を単糖へと変換するプロセスの探索が行なわれている。
植物系バイオマスを糖化する従来の方法としては、熱分解法、硫酸等を触媒とする酸触媒法、超臨界〜亜臨界状態の水中で加水分解する水熱法、酵素反応によって加水分解する酵素糖化等が知られている。その中でも、温和な条件下で反応が進行する酵素糖化法が望まれる。

酵素糖化法では、酵素とセルロースやヘミセルロースを有効に反応させるために前処理が必要である。酵素糖化の前処理方法としては、粉砕処理があげられる。
特許文献１では、植物系原料を糖化酵素の存在下湿式粉砕機で粉砕し、該粉砕物を固液分離し、糖類、オリゴ糖及び多糖類を含む液状成分と低変性リグニンを含む固形成分に分離する植物系原料の処理方法が開示されている。特許文献２では、セルロースを原料として糖類に加水分解するための前処理工程と糖化処理工程を有するセルロース糖化システムにおいて、前処理工程が高温高圧下で湿式粉砕する工程であることが開示されている。
また、特許文献３では、草本系バイオマスの酵素加水分解処理前に行う前処理として、多段で湿式粉砕する工程が開示されている。特許文献４では、セルロース原料をアルカリ処理し、湿式粉砕する糖化用セルロース系原料の前処理法が開示されている。

特開２０１１−９２１５１号公報 特開２００９−２８４８６７号公報 特開２０１０−２２０５１２号公報 特開昭５９−９１８９３号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載の方法は、糖の生産性、すなわち糖化効率及び粉砕効率の双方において、満足できるものではない。
本発明は、草本系バイオマスから、生産性、すなわち粉砕における投下動力あたりの糖化効率に優れた糖の製造方法を提供することを課題とする。

すなわち、本発明は、下記工程（１）〜工程（３）を有する、糖の製造方法
工程（１）：草本系バイオマスを、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕し、粉砕処理バイオマスを得る工程。
工程（２）：工程（１）で得られた粉砕処理バイオマスを、塩基性化合物と接触させて、アルカリ処理バイオマスを得る工程。
工程（３）：工程（２）で得られたアルカリ処理バイオマスを、酵素により糖化処理する工程。

本発明によれば、草本系バイオマスから、生産性、すなわち粉砕における投下動力あたりの糖化効率に優れた糖の製造方法を提供することができる。

本発明の糖の製造方法は、下記工程（１）〜（３）を有する。
工程（１）：草本系バイオマスを、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕し、粉砕処理バイオマスを得る工程。
工程（２）：工程（１）で得られた粉砕処理バイオマスを、塩基性化合物と接触させて、アルカリ処理バイオマスを得る工程。
工程（３）：工程（２）で得られたアルカリ処理バイオマスを、酵素により糖化処理する工程。
本発明の製造方法は、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕することで、草本系バイオマスから、生産性、すなわち粉砕における投下動力あたりの糖化効率に優れる効果を発揮する。
以下、各工程について詳細に説明する。

［工程（１）］
工程（１）では、草本系バイオマスを、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕し、粉砕処理バイオマスを得る。当該工程により、草本系バイオマスを粉砕し、工程（２）及び（３）の処理効果を高めることができる。

＜草本系バイオマス＞
本発明の方法では、植物系バイオマスとして草本系バイオマスが用いられる。一般的に、植物系バイオマスは、セルロース、へミセルロース、及びリグニン等を含有する。植物系バイオマスとしては、木質系バイオマス、草本系バイオマスが挙げられる。木質系バイオマスは、その構成成分がセルロース５０質量％、ヘミセルロース質量１５％、リグニン質量３０％程度であり、草本系バイオマスは、その構成成分がセルロース５０質量％、ヘミセルロース３０質量％、リグニン１５質量％程度である。草本系バイオマスは木質系バイオマスに比べてリグニン含有率が少なく、本発明の工程（１）の粉砕処理あるいは工程（２）のアルカリ処理によるリグニンの剥離効果が得られやすく、セルロースやヘミセルロースを露出しやすく、酵素糖化が進行しやすい。

草本系バイオマスとしては、例えば、サトウキビバガス、ソルガムバガス等のバガス、スイッチグラス、エレファントグラス、コーンストーバー、イナワラ、ムギワラ、オオムギ、ススキ、芝、ジョンソングラス、エリアンサス、ケナフ、ネピアグラス、及びパームヤシ空果房が挙げられる。これらの中でも、好ましくはバガス、より好ましくはサトウキビバガスである。

＜粗粉砕＞
工程（１）の湿式粉砕の前に、草本系バイオマスを粗粉砕してもよい。
粗粉砕に用いられる粉砕機に特に制限はなく、例えば、カッターミル、ダイローラ、ハンマーミル、ピンミル、ローラーミル、ロールミル、ニーダーが挙げられる。これらの中でも、好ましくはカッターミル及びダイローラである。
粗粉砕後の草本系バイオマスの大きさは、取り扱いやすさの観点から、長繊維の長さが、好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、更に好ましくは２０ｍｍ以下であり、また、処理効率の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上である。

＜湿式粉砕＞
本発明の工程（１）では、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕を行なう。湿式粉砕を行なうことで、凝集が抑制された分散状態となり、工程（２）の処理が効果的に行なわれ、工程（３）の糖化率が向上する。また、湿式粉砕により高水分原料の取扱が可能で、工程（１）を行なう前の乾燥工程が不要となる。更に、粉砕時に発生する熱に対する冷却も不要となり得る。

＜媒体攪拌式粉砕機＞
本発明の工程（１）では、草本系バイオマスを効率よく粉砕する観点から、媒体攪拌式粉砕機が用いられる。
媒体攪拌式粉砕機とは、容器内に、ボール、ビーズ等の粉砕媒体をいれ、容器内を攪拌するアジテーター、スクリュー等の攪拌子を介して媒体に回転動力を与えて粉砕を行なう粉砕機である。
媒体式粉砕機は、ボールやロッドを粉砕媒体として用い、媒体間に生じるせん断力や衝撃力によって原料を効率よく粉砕する。媒体式粉砕機は大きく分けて、容器駆動型粉砕機と媒体攪拌式粉砕機に分類することができるが、本発明の製造方法においては、容器駆動型粉砕機に比べ、媒体攪拌式粉砕機は粉砕効率がよい。媒体撹拌式粉砕機ではアジテーターやスクリューで媒体を撹拌して流動させるため、媒体に遠心力がかかり、せん断や衝撃など粉砕力が増大して粉砕効率が向上すると考えられる。媒体撹拌式粉砕機は、ミル容積あたりの仕込み量を高めることが可能であり、粉砕が効率的に進行する。更に、媒体攪拌式粉砕機は、縦型にすることも可能で、省スペースという利点も有する。

媒体攪拌式粉砕機としては、タワーミル等の塔型粉砕機；アトライター、アクアマイザー、サンドグラインダー等の撹拌槽型粉砕機；ビスコミル、パールミル等の流通槽型粉砕機；流通管型粉砕機；コボールミル等のアニュラー型粉砕機；連続式のダイナミック型粉砕機等が挙げられる。これらの中でも、粉砕効率が高く、生産性の向上が図れるとの観点から、好ましくは塔型粉砕機又は撹拌槽型粉砕機であり、より好ましくは塔型粉砕機である。
粉砕機の処理形式としては、バッチ式、連続式のどちらでもよい。

媒体としては、ボール、ビーズ等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の向上が図れる観点から、好ましくはボールである。
媒体の材質としては、特に制限はなく、例えば、高クロム鋼、鉄、ステンレス鋼、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、チッ化珪素、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、高密度及び耐蝕性の観点から、好ましくは高クロム鋼又はステンレス鋼である。

媒体として用いるボールの外径は、処理効率の観点から、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは８ｍｍ以上、更に好ましくは１０ｍｍ以上であり、また、到達粒径を小さくする観点から、好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは４０ｍｍ以下、更に好ましくは３０ｍｍ以下である。

媒体の充填率は、草本系バイオマスと媒体との接触頻度を高め、媒体の動きを妨げずに粉砕効率を向上させる観点から、好ましくは３０容量％以上、より好ましくは４０容量％以上、更に好ましくは５０容量％以上であり、また、好ましくは９５容量％以下、より好ましくは８５容量％以下、更に好ましくは８０容量％以下である。

湿式粉砕における固形分濃度は、単位時間当たりの処理能力を高める観点から、好ましくは０．５質量％以上、より好ましくは１質量％以上、更に好ましくは２質量％以上であり、また、粉砕時の粘度を低くして、粉砕効率を高める観点から、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１５質量％以下、更に好ましくは１０質量％以下である。
湿式粉砕に使用する溶媒は、水系溶媒が好ましい。水系溶媒としては、水が好ましい。水は、例えば、蒸留水、イオン交換水、超純水等が挙げられる。

粉砕時の攪拌子の周速は、設備の耐久性の観点及び駆動動力を小さくする観点から、好ましくは１５ｍ／秒以下、より好ましくは１０ｍ／秒以下、更に好ましくは５ｍ／秒以下であり、また、粉砕速度の観点から、好ましくは０．５ｍ／秒以上、より好ましくは１．０ｍ／秒以上、更に好ましくは２．０ｍ／秒以上である。
粉砕の時間は、用いる粉砕機や使用するエネルギー量等によって変わるが、草本系バイオマスの微細化の観点及び糖の収率を高める観点から、通常１分以上、好ましくは３分以上であり、また、生産性の観点から、通常１２時間以下、好ましくは３時間以下であり、より好ましくは１時間以下である。

工程（１）における投下動力は、経済性の観点から、好ましくは２０ｋＷｈ／ｋｇ以下、より好ましくは１０ｋＷｈ／ｋｇ以下、更に好ましくは５ｋＷｈ／ｋｇ以下、より更に好ましくは２ｋＷｈ／ｋｇ以下であり、また、糖の収率を高める観点から、好ましくは０．０５ｋＷｈ／ｋｇ以上、より好ましくは０．１０ｋＷｈ／ｋｇ以上、更に好ましくは０．１５ｋＷｈ／ｋｇ以上である。
粉砕処理バイオマスの平均粒径は、比表面積を増加させ糖の収率を高める観点から、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、更に好ましくは２５０μｍ以下、より更に好ましくは２００μｍ以下であり、また、投下動力を小さくする観点から、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上、更に好ましくは３０μｍ以上である。

［工程（２）］
工程（２）では、糖の収率を高める観点から、工程（１）で得られた粉砕処理バイオマスを、塩基性化合物と接触させて、アルカリ処理バイオマスを得る。
工程（２）の塩基性化合物の使用量は、糖化率の観点、コストの観点から、粉砕処理バイオマスの固形分１００質量部に対し、好ましくは６０質量部以下、より好ましくは５０質量部以下、更に好ましくは３０質量部以下、より更に好ましくは２０質量部以下、より更に好ましくは１０質量部以下であり、また、好ましくは１質量部以上、より好ましくは３質量部以上、更に好ましくは５質量部以上である。
工程（２）で用いられる塩基性化合物としては、経済性及び入手性の観点から、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物が挙げられ、好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどから選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくは水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであり、更に好ましくは水酸化ナトリウムである。

工程（２）において、草本系バイオマスとの接触効率の観点から、水を使用することが好ましい。水の使用量は、粉砕処理バイオマスの固形分１００質量部に対し、反応性を向上させる観点から、好ましくは１００質量部以上、より好ましくは４００質量部以上、更に好ましくは９００質量部以上、より更に好ましくは１３００質量部以上であり、また、生産性の観点から、好ましくは１５，０００質量部以下、より好ましくは８，０００質量部以下、更に好ましくは５，０００質量部以下、より更に好ましくは３，０００質量部以下である。なお、当該水は工程（１）に由来する水であってもよい。

工程（２）の温度は、糖化率の観点から、好ましくは４℃以上、より好ましくは１０℃以上、更に好ましくは２０℃以上であり、また、生産性の観点から、好ましくは１８０℃以下、より好ましくは１２０℃以下、更に好ましくは８５℃以下、より更に好ましくは５０℃以下、より更に好ましくは３０℃以下である。
工程（２）の処理時間は、例えば、糖化率の観点から、好ましくは０．１時間以上、より好ましくは１時間以上、更に好ましくは１０時間以上、より更に好ましくは２０時間以上であり、また、好ましくは１２０時間以下、より好ましくは８０時間以下、更に好ましくは４８時間以下、より更に好ましくは３０時間以下である。

［工程（３）］
工程（２）で得られたセルロース粉砕物は、脱リグニン化されているため、酵素で処理することにより、グルコースもしくはキシロースといった単糖や、セロビオース、セロトリオース、キシロビオース、キシロトリオースといったオリゴ糖などの混合物を効率よく得ることができる。糖化処理後にエタノール発酵や乳酸発酵に使用する場合などを考慮すると、単糖まで分解することが好ましい。

工程（３）において用いられる酵素としては、糖化効率の向上の観点から、セルラーゼやヘミセルラーゼが挙げられる。
ここで、セルラーゼとは、セルロースのβ−１，４−グルカンのグリコシド結合を加水分解する酵素を指し、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼまたはセロビオヒドロラーゼ、及びβ−グルコシダーゼなどと称される酵素の総称である。また、へミセルラーゼとは、へミセルロースを加水分解する酵素を指し、キシラナーゼ、ガラクタナーゼなどと称される酵素の総称である。本発明に使用されるセルラーゼやヘミセルラーゼとしては、動物、植物、微生物由来のものが含まれ、市販されているセルラーゼ製剤を用いることもできる。

セルラーゼの具体例としては、ＣｅｌｌｉｃＣＴｅｃ２（ノボザイムズ社製、商品名）、セルクラスト１．５Ｌ（ノボザイムズ社製、商品名）などのトリコデルマ リーゼ（Trichoderma reesei）由来のセルラーゼ製剤やバチルス エスピー（Bacillus sp．）KSM-N145（FERM P-19727）株由来のセルラーゼ、またはバチルス エスピー（Bacillus sp．）KSM-N252（FERM P-17474）、バチルス エスピー（Bacillus sp．）KSM-N115（FERM P-19726）、バチルス エスピー（Bacillus sp．）KSM-N440（FERM P-19728）、バチルス エスピー（Bacillus sp．）KSM-N659（FERM P-19730）などの各株由来のセルラーゼ、更には、トリコデルマ ビリデ（Trichoderma viride）、アスペルギルス アクレアタス（Aspergillus acleatus）、クロストリジウム サーモセラム（Clostridium thermocellum）、クロストリジウム ステルコラリウム（Clostridium stercorarium）、クロストリジウム ジョスイ（Clostridium josui）セルロモナス フィミ（Cellulomonas fimi）、アクレモニウム セルロリティクス（Acremonium celluloriticus）、イルペックス ラクテウス（Irpex lacteus）、アスペルギルス ニガー（Aspergillus niger）、フミコーラ インソレンス（Humicola insolens）由来のセルラーゼ混合物やパイロコッカス ホリコシ（Pyrococcus horikoshii）由来の耐熱性セルラーゼなどが挙げられる。
また、セルラーゼの１種であるβ−グルコシダーゼの具体例としては、アスペルギルス ニガー（Aspergillus niger）由来の酵素（例えば、ノボザイム１８８（ノボザイムズ社製、商品名）やメガザイム社製β-グルコシダーゼ）やトリコデルマ リーゼ（Trichoderma reesei）、ペニシリウム エメルソニイ（Penicillium emersonii）由来の酵素などが挙げられる。

また、ヘミセルラーゼの具体例としては、ＣｅｌｌｉｃＨＴｅｃ２（ノボザイムズ社製、商品名）などのトリコデルマ リーゼ（Trichoderma reesei）由来のヘミセルラーゼ製剤やバチルス エスピー（Bacillus sp．）KSM-N546（FERM P-19729）由来のキシラナーゼのほか、アスペルギルス ニガー（Aspergillus niger）、トリコデルマ ビリデ（Trichoderma viride）、フミコーラ インソレンス（Humicola insolens）、バチルス アルカロフィルス（Bacillus alcalophilus）由来のキシラナーゼ、更には、サーモマイセス（Thermomyces）、オウレオバシジウム（Aureobasidium）、ストレプトマイセス（Streptomyces）、クロストリジウム（Clostridium）、サーモトガ（Thermotoga）、サーモアスクス（Thermoascus）、カルドセラム（Caldocellum）、サーモモノスポラ（Thermomonospora）属由来のキシラナーゼなどが挙げられる。

工程（３）において用いられる酵素は、糖の収率を向上させる観点から、上記セルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる１種類以上であることが好ましい。これらの中で、糖化効率向上の観点から、好ましくはトリコデルマ リーゼ（Trichoderma reesei）、トリコデルマ ビリデ（Trichoderma viride）、あるいはフミコーラ インソレンス（Humicola insolens）由来のセルラーゼ、例えば、ＣｅｌｌｉｃＣＴｅｃ２（ノボザイムズ社製、商品名）、セルクラスト１．５Ｌ（ノボザイムズ社製、商品名）、ＴＰ−６０（明治製菓株式会社製、商品名）、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ ＤＵＥＴ（ジェネンコア社製、商品名）、あるいはウルトラフロＬ（ノボザイムズ社製、商品名）が好ましい。

なお、酵素による糖化処理のｐＨ、温度、時間及び酵素量は、酵素の種類によって異なるが、使用する酵素の種類に応じて適宜選択することができる。
酵素による糖化処理において、ｐＨは、使用する酵素の種類に応じて適宜選択することができるが、糖の収率を向上させる観点から、好ましくは３．０以上、より好ましくは４．０以上、更に好ましくは４．５以上であり、また、好ましくは８．０以下、より好ましくは７．０以下、更に好ましくは６．０以下である。
糖化処理の条件を上記ｐＨ範囲に維持する観点から、緩衝液を用いることができる。緩衝液としては、例えば、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、トリス緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水等が挙げられる。これらの中でも、酢酸緩衝液が好ましい。
上記ｐＨ範囲に調整する観点から、工程（２）から持ち込まれる塩基性物質を中和することが好ましい。例えば中和剤としては、公知の酸を用いることができ、例えば、硫酸、塩酸等が挙げられる。

糖化処理における酵素タンパク量は、アルカリ処理バイオマスの固形分質量１００質量部に対して、糖の収率及びコストの観点から、好ましくは０．０５質量部以上、より好ましくは０．１質量部以上、更に好ましくは０．５質量部以上であり、また、コストの観点から、好ましくは５質量部以下、より好ましくは３質量部以下、更に好ましくは２質量部以下である。
酵素タンパク質量は、ＤＣプロテインアッセイキット（Ｂｉｏ Ｒａｄ社製）を使用し、ウシ血清アルブミンを標準タンパク質とした検量線よりタンパク質量を計算する。

酵素による糖化処理の温度は、上記酵素に応じて糖化が進行すれば、特に制限はないが、酵素活性の観点から、好ましくは２０℃以上、より好ましくは３０℃以上、更に好ましくは４０℃以上であり、また、好ましくは６５℃以下、より好ましくは６０℃以下、更に好ましくは５５℃以下である。
酵素による糖化処理の時間は、糖の収率を向上させる観点から、好ましくは５時間以上、より好ましくは１０時間以上、更に好ましくは１５時間以上であり、より更に好ましくは２０時間以上であり、また、生産性の観点から、好ましくは１２０時間以下、より好ましくは８０時間以下、更に好ましくは５０時間以下、より更に好ましくは３０時間以下である。

本発明の製造方法により、グルコース、セロビオース、キシロース、キシロビオース、及びキシロトリオースから選ばれる１種以上の糖が得られる。
得られた糖からエタノールを製造することができる。エタノールの製造方法としては、例えば、糖を発酵させることでアルコールが得られる。アルコール発酵における酵母の種類、使用量、発酵温度などの各種条件は、使用する酵母に応じて適宜設定することができる。
上記の他にも、糖を用いて、乳酸、フマル酸、クエン酸、コハク酸等の有機酸を製造することができる。これらの有機酸は、各有機酸を産生する酵母を用いて、糖を発酵させることで得られる。

以下の実施例において、「％」は特に説明のない場合、ロッド充填率を除き「質量％」を意味する。

（１）水分量の測定
水分量の測定には、赤外線水分計「ＭＯＣ−１２０Ｈ」（株式会社島津製作所製）を使用した。１２０℃にて測定を行い、３０秒間の質量変化率が０．１％以下となる点を測定の終点とした。

（２）投下動力
投下動力[ｋＷｈ/ｋｇ(ａｃｔｉｖｅ)]は、各々粉砕機を用いての粉砕処理時の運転負荷動力[ｋＷ]を処理能力[ｋｇ(ａｃｔｉｖｅ)/ｈｒ]にて除した値であり、運転負荷動力[ｋＷ]は、全実負荷動力[ｋＷ]から、処理物の流入・仕込みを行わず、また、粉砕メディアを充填せず分散媒である水のみを充填して運転を行った際の動力[ｋＷ]（空転動力とする）を減じた値として、式１より求めた。

（３）メジアン径
粗粉砕品は、金尺による概略サイズを計測した。
粉砕品は、レーザー回折散乱方式の粒度分布測定装置「ＬＳ１３３２０」（ベックマンコールター社製）を用い、溶媒としてイオン交換水を用い、測定前に１分間超音波分散を行った後、メジアン径を測定した。尚、粒径測定器の設定屈折率は分散媒１．３３ サンプル１．５４である。

（４）バイオマス中のホロセルロース含有量の測定
バイオマス原料３００ｍｇ（乾燥質量）に７２質量％硫酸３ｍｌを加え、３０℃の水浴中で１時間静置した。その後、イオン交換水８４ｍｌを用いて、ガラス製耐圧ビンに移し、１２０℃１時間、オートクレーブにて加熱処理した。得られた処理液にイオン交換水を加え１００ｍｌに調整した。液の一部を取り出し、炭酸カルシウムによってｐＨ５〜６まで中和し、遠心分離により固液分離して上清を取得した。上清中のグルコースおよびキシロース量を、ＨＰＬＣを用いて下記の条件で定量し、下記式２、３よりグルカンおよびキシランの合計量をホロセルロース量として算出した。得られたホロセルロース量をバイオマス原料量（乾燥質量）で除した値をホロセルロース含有量とした。
なお、オートクレーブ処理によるグルコースの残存率は下記式４から求めた。すなわち、グルコース０．５ｇ、７２質量％硫酸３ｍｌ、イオン交換水８４ｍｌのグルコース標準溶液を作成し、半量について上記のオートクレーブ処理を行い、処理前後のグルコース濃度の変化から算出した。キシロースの残存率についても、式４と同様に算出した。
グルカン含有量（％）＝［｛上清中グルコース濃度（ｇ／ｍｌ）／（グルコース残存率×０．９）｝／バイオマス原料濃度（ｇ／ｍｌ（０．３ｇ／１００ｍｌ））］×１００ ・・・式２
キシラン含有量（％）＝［｛上清中キシロース濃度（ｇ／ｍｌ）／（キシロース残存率×０．８８）｝／バイオマス原料濃度（ｇ／ｍｌ（０．３ｇ／１００ｍｌ））］×１００ ・・・式３
グルコース残存率＝処理後標準液のグルコース濃度／処理前標準液のグルコース濃度 ・・・式４
＜ＨＰＬＣ測定条件＞
カラム：Ｔｒａｎｓｇｅｏｍｉｃ ＩＣＳｅｐ ＩＣＥ−ＩＯＮ−３００（ＴＣＩ社）
カラム温度：４０℃
溶離液：０．００８５Ｎの硫酸水溶液
流速：０．４ｍｌ／ｍｉｎ、検出器：ＲＩ

（５）糖化率
実施例及び比較例において、ＨＰＬＣ法に基づき、以下の手順で水溶性の還元糖の定量を行った。
糖化処理終了後、遠心分離によって沈殿物と上清液を分離した。
上清液を０．０８５Ｎの硫酸水溶液と混合して反応を停止させ、混合液を孔径０．２ μｍのセルロースアセテートフィルターでろ過後希釈した。
上清液中のグルコース、セロビオース、セロトリオース、キシロース、キシロビオース、キシロトリオースの濃度（ｇ／ｍｌ）を高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ法）により求め、その合計量を上清中の還元糖濃度（ｇ／ｍｌ）とした。ＨＰＬＣ法による還元糖濃度の測定条件を以下に示す。
カラム：Ｔｒａｎｓｇｅｎｏｍｉｃ ＩＣＳｅｐ ＩＣＥ−ＩＯＮ−３００
カラム温度：４０℃
溶離液：０．００８５ Ｎの硫酸水溶液
流速：０．４ ｍｌ／ｍｉｎ
検出器：ＲＩ

得られた還元糖濃度の値から、糖化率を求めた。糖化率は下記の式５により算出した。ホロセルロース含有量は、上記（４）で測定された値を用いた。
糖化率（％）＝上清中の還元糖濃度（ｇ／ｍｌ）／［バイオマス原料濃度（ｇ／ｍｌ（乾燥原料換算））×ホロセルロース含有量（ｇ／ｇ−バイオマス原料））×０．９（１６２／グルコースの分子量）］×１００ ・・・式５

実施例１
〔工程１〕
草本系バイオマス原料として、バガス〔サトウキビの搾りかす、グルカン含有量３８．８質量％、キシラン含有量２４．０質量％、リグニン含有量２２．２質量％対乾燥原料換算、水分含有量５０質量％対有姿〕を、一軸式破砕機「ＵＧ０３−４８０ＹＧ（Ｆ）Ｌ」(株式会社ホーライ製)にて、長繊維が１０ｍｍ以下となるように粗粉砕し、粗粉砕原料を得た。
バッチ式媒体攪拌式粉砕機「ＭＡ１Ｄ」（日本コークス工業株式会社製、全容積５．５Ｌ）の粉砕容器内部に、ステンレス製のΦ１０ｍｍボール媒体１７ｋｇを投入した。このとき、粉砕容器の空間容積に対するボール媒体の体積の積算値の比は、６７％であった。
被粉砕原料として、粗粉砕したバガス２４０ｇ（水分５０質量％）、および水２１６０ｇ（バガスの固形分濃度が５質量％）をバッチ式媒体攪拌式粉砕機の粉砕容器内部に仕込み、撹拌アジテーター先端が周速３．４ｍ／秒の条件下で、湿式粉砕した。粉砕を５分間行った後、粉砕物を回収し、粉砕処理したバガススラリー、すなわち粉砕処理したバイオマスを得た。
尚、用いたバッチ式媒体攪拌式粉砕機「ＭＡ１Ｄ」は、本来は乾式粉砕用の機器であるが、積載原動機が湿式用の機器よりも大きい為、今回の評価に用いた。運転負荷動力[ｋＷ]及び投下動力[ｋＷｈ/ｋｇ(ａｃｔｉｖｅ)]を算出して表に示した。
〔工程２〕
粉砕処理したバガススラリーに、バガス（乾燥原料換算）１００質量部あたり８質量部のＮａＯＨを添加し、２５℃にて２４時間静置した後、塩酸を加えてｐＨが７．０となるまで中和し、アルカリ処理したバガススラリー、すなわちアルカリ処理したバイオマスを得た。
〔工程３〕
アルカリ処理したバガススラリー３０ｇを、共栓三角フラスコ（柴田科学社製、３０ｍｌ）に投入し、水と１００ｍＭ酢酸緩衝液３ｍｌを添加して３３ｍｌスケールとし、ｐＨが５．０となるように調整した。
酵素タンパク量がバガス（乾燥原料換算）１００質量部あたり１質量部のセルラーゼ酵素標品「ＣｅｌｌｉｃＣＴｅｃ２」（ノボザイムズ社製）を加えて、振とう攪拌機「ＢＲ−２１ＵＭ」（ＴＡＩＴＥＣ社製、１５０ｒｐｍ）にて攪拌しながら５０℃で２４時間糖化処理を行った。
反応終了後、遠心分離（２０００×ｇ、３分間）によって沈殿物と上清液を分離し、上述したＨＰＬＣ法によって定量して糖化率を求めた。

実施例２
工程１において、湿式粉砕時間を１０分間とした以外は、実施例１と同様に行った。

実施例３
工程１において、湿式粉砕時間を１５分間とした以外は、実施例１と同様に行った。

実施例４
工程１を以下のように変更した以外は、実施例１と同様に行った。
〔工程１〕
実施例１と同様にして粗粉砕原料を得た。
バッチ式媒体攪拌式粉砕機「タワーミルＫＭ−５」（日本アイリッヒ株式会社製、有効容積１２６Ｌ）の粉砕容器内部に、高クロム鋼製のΦ２０ｍｍボール媒体３５０ｋｇを投入した。このとき、粉砕容器の有効容積に対するボール媒体の体積の積算値の比は、６２％であった。
被粉砕原料として、バガスの固形分濃度が５％となるように、粗粉砕したバガス８ｋｇ（水分５０質量％）、および水７２ｋｇをバッチ式媒体攪拌式粉砕機の粉砕容器内部に仕込み、攪拌スクリュ先端が周速３ｍ／秒の条件下で、湿式粉砕した。粉砕を１５分間行った後、粉砕物を回収し粉砕処理したバガススラリーを得た。

実施例５
工程１において、湿式粉砕時間を３０分間とした以外は、実施例４と同様に行った。

実施例６
工程１において、湿式粉砕時間を４５分間とした以外は、実施例４と同様に行った。

実施例７
工程１において、湿式粉砕時間を６０分間とした以外は、実施例４と同様に行った。

比較例１
バガスに変えて、木質系バイオマス原料として、松チップ〔ドギーマンハヤシ株式会社製、グルカン４０．１％ キシラン２０．８％ リグニン３０．６％対乾燥原料換算、水分１０質量％〕を用いた以外は、実施例１と同様に行った。

比較例２
工程１において、湿式粉砕時間を１０分間とした以外は、比較例１と同様に行った。

比較例３
工程１において、湿式粉砕時間を１５分間とした以外は、比較例１と同様に行った。

比較例４
工程１を以下のように変更した以外は、実施例１と同様に行った。
〔工程１〕
実施例１と同様にして粗粉砕原料を得た。
バッチ式容器駆動媒体ミル「転動ボールミル ＭＹＡ−０１１」（株式会社栗本鐵工所製、全容積４４．６Ｌ）の粉砕容器内部に、ＳＵＪ２製のΦ１５ｍｍボール媒体７０ｋｇを投入した。このとき、粉砕容器の有効容積に対するボール媒体の体積の積算値の比は、３５％であった。
被粉砕原料として、粗粉砕したバガス０．６ｋｇ（水分５０質量％）、および水５．４ｋｇ（バガスの固形分濃度が５％となるように）をバッチ式容器駆動媒体ミルの粉砕容器内部に仕込み、回転容器内面が周速１ｍ／ｓの条件下で、湿式粉砕した。粉砕を１５分間行った後、粉砕物を回収し、粉砕処理したバガススラリーを得た。

比較例５
工程１において、湿式粉砕時間を３１分間とした以外は、比較例４と同様にを行った。

比較例６
工程１において、湿式粉砕時間を４６分間とした以外は、比較例４と同様に行った。

比較例７
工程１を以下のように変更した以外は、実施例１と同様に行った。
〔工程１〕
実施例１と同様にして粗粉砕原料を得た。
全容量０．８Lのポット容器に、攪拌翼式分散機「超高速マルチ攪拌システムロボミックス（登録商標）ホモディスパー」（プライミクス株式会社製）を用いて撹拌分散した。
粉砕原料として、粗粉砕したバガス０．０５ｋｇ（水分５０質量％）、および水０．４５ｋｇをポット容器内部に仕込み、攪拌翼先端が周速１７ｍ／秒の条件下で、湿式粉砕した。粉砕を１２０分間行った後、粉砕物を回収し、粉砕処理したバガススラリーを得た。

比較例８
工程１において、粉砕原料として、粗粉砕したバガス０．０４ｋｇ（水分５０質量％）、および水０．３６ｋｇをポット容器内部に仕込み、粉砕時間を３００分間とした以外は、比較例７と同様に行った。

比較例９
工程１において、粉砕原料として、粗粉砕したバガス０．０３ｋｇ（水分５０質量％）、および水０．２７ｋｇをポット容器内部に仕込み、粉砕時間を６００分間とした以外は、比較例７と同様に行った。

実施例１〜７及び比較例１〜９の結果を表３に示す。表３から明らかなように、比較例に比べ、実施例は、粉砕における投下動力あたりの糖化効率に優れる。

本発明によれば、草本系バイオマスから、生産性、すなわち粉砕における投下動力あたりの糖化効率に優れた糖の製造方法を提供することができる。得られた糖は、エタノールの製造等に利用することができる。

Claims (7)

1. 下記工程（１）〜（３）を有する、糖の製造方法。
   工程（１）：草本系バイオマスを、媒体攪拌式粉砕機を用いて湿式粉砕し、粉砕処理バイオマスを得る工程。
   工程（２）：工程（１）で得られた粉砕処理バイオマスを、塩基性化合物と接触させて、アルカリ処理バイオマスを得る工程。
   工程（３）：工程（２）で得られたアルカリ処理バイオマスを、酵素により糖化処理する工程。
2. 草本系バイオマスがバガスである、請求項１に記載の糖の製造方法。
3. 媒体攪拌式粉砕機が塔型粉砕機である、請求項１又は２に記載の糖の製造方法。
4. 工程（１）の媒体の充填率が３０容量％以上９５容量％以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の糖の製造方法。
5. 工程（２）の塩基性化合物の使用量が、粉砕処理バイオマスの固形分１００質量部に対し１質量部以上６０質量部以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の糖の製造方法。
6. 湿式粉砕における固形分濃度が、０．５質量％以上２０質量％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の糖の製造方法。
7. 糖がグルコース、セロビオース、キシロース、キシロビオース、及びキシロトリオースから選ばれる１種以上である、請求項１〜６のいずれかに記載の糖の製造方法。