JP2022084519A - Methods for producing porous cellulose particles - Google Patents

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諒 小船井
Ryo Kofunai
知也 和田
Tomoya Wada
岳史 坂本
Takeshi Sakamoto
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Abstract

To provide simple methods for producing porous cellulose particles and methods for providing porosity.SOLUTION: Disclosed is a method for producing porous cellulose particles comprising treating an amorphous cellulose with at least one selected from cellulase and hemicellulose in a solvent comprising step (1), where the amorphous cellulose has 50% or less cellulose I type crystallinity, and the porous cellulose particles have a median diameter of from 5 μm or more and 90 μm or less, where the cellulose I type crystallinity (%) is defined by Formula (1) [cellulose I type crystallinity (%)=(I22.6-I18.5)/I22.6]×100. In the formula, I22.6 is diffraction intensity of lattice plane (002 plane)(diffraction angle 2θ=22.6°) and I18.5 is the diffraction intensity of amorphous part (diffraction angle 2θ=18.5°) in X ray diffraction.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、多孔質セルロース粒子の製造方法及びセルロースの多孔質化方法に関する。 The present invention relates to a method for producing porous cellulose particles and a method for making cellulose porous.

従来より、再生セルロースの微細な球状粒子を製造する方法が知られている。
一方、セルロースに対して酵素を作用させるという報告があり、特許文献1には、直径が1nm~1000nmの微細繊維状セルロースを容易に得ることを課題として、化学パルプを機械的処理することで短繊維化し、短繊維化した化学パルプをセルラーゼ系酵素による処理を行った後に、高速回転式解繊機又は高圧ホモジナイザーで微細化処理を行うことを特徴とする微細繊維状セルロースの製造方法が記載されている。
特許文献2には、糖を効率的に得ることを課題として、セルロースI型結晶化度を33%以下に低減した非晶化セルロースを調製した後、該非晶化セルロースにセルラーゼ及び/又はヘミセルラーゼを作用させ糖化する、糖の製造方法が開示されている。
Conventionally, a method for producing fine spherical particles of regenerated cellulose has been known.
On the other hand, there is a report that an enzyme is allowed to act on cellulose, and Patent Document 1 has a problem of easily obtaining fine fibrous cellulose having a diameter of 1 nm to 1000 nm, and it is short by mechanically treating chemical pulp. Described is a method for producing fine fibrous cellulose, which comprises treating the fibrous and short-fibrous chemical pulp with a cellulase-based enzyme and then performing a micronization treatment with a high-speed rotary defibrator or a high-pressure homogenizer. There is.
In Patent Document 2, an amorphous cellulose having a cellulose type I crystallization degree reduced to 33% or less is prepared with an object of efficiently obtaining a sugar, and then cellulase and / or hemicellulase is added to the amorphous cellulose. A method for producing a sugar, which is saccharified by the action of the above, is disclosed.

特開2012-46846号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-46846 特開2009-171952号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-171952

特許文献1では、微細なセルロースを得ることを課題として、酵素を作用させるものであり、また、特許文献2の方法では、糖化するために、酵素を作用させるものであり、多孔質化という課題の点では、検討が十分になされているとはいえない。
本発明は、簡便に、多孔質セルロース粒子を製造することができる製造方法及び多孔質化方法を提供することに関する。
In Patent Document 1, an enzyme is allowed to act on the subject of obtaining fine cellulose, and in the method of Patent Document 2, an enzyme is allowed to act for saccharification, which is a problem of porosity. In this respect, it cannot be said that sufficient consideration has been given.
The present invention relates to providing a production method and a porosification method capable of easily producing porous cellulose particles.

本発明者らは、特定の結晶化度を有するセルロースに、酵素を作用させることで、上記の課題が解決されることを見出した。 The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by allowing an enzyme to act on cellulose having a specific crystallinity.

すなわち、本発明は、次の[1]及び[2]に関する。
[1]以下の工程1を有する多孔質セルロース粒子の製造方法であり、
工程1:非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程
前記非晶化セルロースは、下記式(1)で定義されるセルロースI型結晶化度が50%以下であり、多孔質セルロース粒子のメディアン径が5μm以上90μm以下である、多孔質セルロース粒子の製造方法。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (1)
(ここでI22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度であり、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度である。)
[2] 以下の工程Iを有するセルロースの多孔質化方法であり、
工程I:非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程
前記非晶化セルロースは、下記式(1)で定義されるセルロースI型結晶化度が50%以下であり、多孔質化されたセルロース粒子のメディアン径が5μm以上90μm以下である、セルロースの多孔質化方法。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (1)
(ここでI22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度であり、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度である。)
That is, the present invention relates to the following [1] and [2].
[1] A method for producing porous cellulose particles, which comprises the following step 1.
Step 1: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the non-crystallized cellulose in a solvent. The non-crystallized cellulose has a cellulose type I crystallinity defined by the following formula (1). Is 50% or less, and the median diameter of the porous cellulose particles is 5 μm or more and 90 μm or less, a method for producing porous cellulose particles.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
(Here, I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in the X-ray diffraction, and I18.5 is the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18. 5 °) diffraction intensity.)
[2] A method for making cellulose porous, which comprises the following step I.
Step I: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose in a solvent. The amorphous cellulose is the cellulose type I crystallinity defined by the following formula (1). Is 50% or less, and the median diameter of the porous cellulose particles is 5 μm or more and 90 μm or less.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
(Here, I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in the X-ray diffraction, and I18.5 is the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18. 5 °) diffraction intensity.)

本発明によれば、簡便に、多孔質化セルロース粒子を得ることができる。 According to the present invention, porous cellulose particles can be easily obtained.

[多孔質セルロース粒子の製造方法]
本発明の多孔質セルロース粒子の製造方法は、以下の工程1を有する多孔質セルロース粒子の製造方法である。
工程1:非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程
また、前記非晶化セルロースは、下記式(1)で定義されるセルロースI型結晶化度が50%以下であり、得られる多孔質セルロース粒子のメディアン径が5μm以上90μm以下である。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (1)
(ここでI22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度であり、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度である。)
本発明によれば、簡便に多孔質セルロース粒子を得ることができる。
[Method for producing porous cellulose particles]
The method for producing porous cellulose particles of the present invention is a method for producing porous cellulose particles having the following step 1.
Step 1: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose in a solvent. The amorphous cellulose is a cellulose type I crystal defined by the following formula (1). The degree of crystallization is 50% or less, and the median diameter of the obtained porous cellulose particles is 5 μm or more and 90 μm or less.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
(Here, I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in the X-ray diffraction, and I18.5 is the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18. 5 °) diffraction intensity.)
According to the present invention, porous cellulose particles can be easily obtained.

上記の効果が得られる詳細な機構は不明であるが、以下のように推定される。
すなわち、非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させることにより、非晶化セルロースの非晶部が前記酵素により分解され、その結果、細孔容積が増加し、多孔質セルロース粒子が得られたものと考えられる。
The detailed mechanism by which the above effects are obtained is unknown, but it is presumed as follows.
That is, by allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose, the amorphous portion of the amorphous cellulose is decomposed by the enzyme, and as a result, the pore volume. It is probable that the number of particles increased and porous cellulose particles were obtained.

なお、本発明において、工程1の前に、以下の工程0を有することが好ましい。
工程0:セルロースI型結晶化度が50%を超えるセルロース含有原料をセルロースI型結晶化度が50%以下の非晶性セルロースにする工程
また、工程1の後に、以下の工程2を有することが好ましい。
工程2:セルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させた後、非晶化セルロースを乾燥して多孔質セルロース粒子を得る工程
なお、以下の説明において、セルロースのセルロースI型結晶化度を単に「結晶化度」ということがある。
以下、工程0~工程2について説明する。
In the present invention, it is preferable to have the following step 0 before the step 1.
Step 0: A step of converting a cellulose-containing raw material having a cellulose I-type crystallization degree of more than 50% into an amorphous cellulose having a cellulose I-type crystallization degree of 50% or less. Further, after the step 1, the following step 2 is provided. Is preferable.
Step 2: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act and then drying the amorphous cellulose to obtain porous cellulose particles. In the following description, the degree of cellulose type I crystallinity of cellulose is determined. Sometimes it is simply called "crystallinity".
Hereinafter, steps 0 to 2 will be described.

<工程0>
工程0は、セルロースI型結晶化度が50%を超えるセルロース含有原料をセルロースI型結晶化度が50%以下の非晶化セルロースにする工程である。セルロースI型結晶化度は、以下の式(1)で表される。
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I22.6-I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度を示し、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。〕
<Step 0>
Step 0 is a step of converting a cellulose-containing raw material having a cellulose I-type crystallization degree of more than 50% into an amorphous cellulose having a cellulose I-type crystallization degree of 50% or less. Cellulose type I crystallinity is represented by the following formula (1).
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
[I 22.6 indicates the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I18.5 indicates the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18.5 °). ) Is shown. ]

〔セルロースI型結晶化度〕
工程0において調製される非晶化セルロースは、セルロースI型結晶化度を50%以下に低下させたものである。結晶化度は、X線回折法による回折強度値からSegal法により算出したもので、下記式(1)により定義される。
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I22.6-I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。〕
結晶化度が50%以下であれば、セルロースの化学反応性が向上し、多孔質化によって細孔容量をより向上させることができる。この観点から、結晶化度としては、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下、更に好ましくは25%以下であり、分析でI型結晶が検出されない0%以下が特に好ましい。なお、式(1)で定義されたセルロースI型結晶化度では計算上マイナスの値になる場合がある。
[Cellulose type I crystallinity]
The amorphous cellulose prepared in step 0 has a cellulose type I crystallinity reduced to 50% or less. The crystallinity is calculated by the Segal method from the diffraction intensity value by the X-ray diffraction method, and is defined by the following formula (1).
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
[I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I 18.5 is the diffraction intensity of the amorphous part (diffraction angle 2θ = 18.5 °). Indicates the diffraction intensity. ]
When the crystallinity is 50% or less, the chemical reactivity of cellulose is improved, and the pore capacity can be further improved by porosification. From this viewpoint, the crystallinity is preferably 40% or less, more preferably 30% or less, still more preferably 25% or less, and particularly preferably 0% or less in which type I crystals are not detected in the analysis. In addition, the cellulose type I crystallinity defined by the formula (1) may have a negative value in calculation.

ここで、セルロースI型結晶化度とは、セルロースの結晶領域量の全量に対する割合のことである。また、セルロースI型とは、天然セルロースの結晶形のことである。結晶化度は、セルロースの物理的、化学的性質とも関係し、その値が大きいほど、セルロースの結晶性が高く、非結晶部分が少ないため、硬度、密度等は増すが、伸び、柔軟性、水や溶媒に対する溶解性、化学反応性は低下する。 Here, the cellulose type I crystallinity is a ratio of the amount of the crystalline region of cellulose to the total amount. Further, the cellulose type I is a crystalline form of natural cellulose. The degree of crystallinity is also related to the physical and chemical properties of cellulose, and the larger the value, the higher the crystallinity of cellulose and the smaller the number of non-crystalline parts, so the hardness, density, etc. increase, but the elongation, flexibility, etc. Solubility and chemical reactivity with water and solvents are reduced.

〔セルロース含有原料〕
セルロース含有原料には特に制限はなく、各種木材チップ、剪定枝材、間伐材、枝木材等の木材類;木材から製造されるウッドパルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプ等のパルプ類;新聞紙、ダンボール、雑誌、上質紙等の紙類;稲わら、とうもろこし茎等の植物茎・葉類;籾殻、パーム殻、ココナッツ殻等の植物殻類等が挙げられる。これらの中では、パルプ類、紙類、及び植物茎・葉類が好ましく、パルプ類や紙類がより好ましく、木材由来のパルプ類から選ばれることが更に好ましい。
本発明に用いられるセルロース含有原料は、該原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量が好ましくは20質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは60質量%以上のものである。
なお、セルロース含有量とはセルロース量及びヘミセルロース量の合計量を意味する。
市販のパルプの場合、水を除いた残余の成分中のセルロース含有量は、一般には75質量%以上99質量%以下であり、他の成分としてはリグニン等を含む。また市販のシート状パルプのセルロースI型結晶化度は、通常60%以上である。
[Cellulose-containing raw material]
The cellulose-containing raw material is not particularly limited, and woods such as various wood chips, pruned branches, thinned wood, and branch wood; wood pulp produced from wood, cotton linter pulp obtained from fibers around cotton seeds, etc. Pulps; papers such as newspapers, cardboards, magazines, and high-quality papers; plant stems and leaves such as rice straw and corn stalks; plant shells such as rice husks, palm husks, and coconut husks. Among these, pulps, papers, and plant stems / leaves are preferable, pulps and papers are more preferable, and it is further preferable to be selected from wood-derived pulps.
The cellulose-containing raw material used in the present invention has a cellulose content of preferably 20% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, still more preferably 60% by mass or more in the residual component obtained by removing water from the raw material. Is.
The cellulose content means the total amount of cellulose and hemicellulose.
In the case of commercially available pulp, the cellulose content in the residual component excluding water is generally 75% by mass or more and 99% by mass or less, and other components include lignin and the like. The degree of cellulose I-type crystallinity of commercially available sheet pulp is usually 60% or more.

セルロース含有原料中の水分含量は、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。セルロース含有原料中の水分含量が20質量%以下であれば、容易に粉砕できるとともに、粉砕処理により結晶化度を容易に低下させることができ、その後の酵素処理による多孔質セルロース粒子の生産を効率よく行うことができる。 The water content in the cellulose-containing raw material is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and further preferably 10% by mass or less. When the water content in the cellulose-containing raw material is 20% by mass or less, it can be easily pulverized, and the crystallinity can be easily lowered by the pulverization treatment, and the production of porous cellulose particles by the subsequent enzyme treatment is efficient. You can do it well.

本発明に用いるセルロース含有原料の大きさとしては、好ましくは1mm角以上50mm角以下、より好ましくは1mm角以上30mm角以下である。1mm角以上50mm角以下のチップ状に粗粉砕することにより、後述する非晶化処理を容易に行うことができる。 The size of the cellulose-containing raw material used in the present invention is preferably 1 mm square or more and 50 mm square or less, and more preferably 1 mm square or more and 30 mm square or less. By coarsely pulverizing into chips of 1 mm square or more and 50 mm square or less, the amorphous treatment described later can be easily performed.

セルロース含有原料をチップ状に粗粉砕する方法としては、シュレッダー、シートペレタイザ、又はロータリーカッターを使用する方法が挙げられる。 Examples of the method of coarsely pulverizing the cellulose-containing raw material into chips include a method using a shredder, a sheet pelletizer, or a rotary cutter.

粗粉砕したセルロース原料は、後述する非晶化処理に先立ち、乾燥処理を行うことが好ましい。乾燥処理の方法としては特に限定されないが、例えば、撹拌乾燥機などが例示される。 The coarsely pulverized cellulose raw material is preferably subjected to a drying treatment prior to the amorphous treatment described later. The method of the drying treatment is not particularly limited, and examples thereof include a stirring dryer.

〔非晶化処理〕
非晶化処理としては、セルロース含有原料を粉砕機で処理して、該セルロース中のセルロースI型結晶化度を50%以下に低減することが好ましい。粉砕機で処理することにより、セルロース含有原料を更に粉砕し、かつ結晶化度を低下させ、更にはセルロースを効率的に非晶化させることができる。
粉砕機としては媒体式粉砕機を好ましく用いることができる。媒体式粉砕機には容器駆動式粉砕機と媒体撹拌式粉砕機とがある。容器駆動式粉砕機としては転動ミル、振動ミル、遊星ミル、遠心流動ミル等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、振動ミルが好ましい。媒体撹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。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、撹拌槽型粉砕機が好ましい。媒体撹拌式粉砕機を用いる場合の撹拌翼の先端の周速は、好ましくは0.5m/s以上、より好ましくは1m/s以上であり、そして、好ましくは20m/s以下、より好ましくは15m/s以下である。
粉砕機の種類は「化学工学の進歩 第30集 微粒子制御」(社団法人 化学工学会東海支部編、1996年10月10日発行、槇書店)を参照することができる。
処理方法としては、バッチ式、連続式のどちらでもよい。
[Amorphous treatment]
As the amorphization treatment, it is preferable to treat the cellulose-containing raw material with a pulverizer to reduce the degree of cellulose type I crystallization in the cellulose to 50% or less. By treating with a pulverizer, the cellulose-containing raw material can be further pulverized, the crystallinity can be lowered, and the cellulose can be efficiently amorphous.
As the crusher, a medium type crusher can be preferably used. The medium-type crusher includes a container-driven crusher and a medium-stirring type crusher. Examples of the container-driven crusher include a rolling mill, a vibration mill, a planetary mill, and a centrifugal flow mill. Among these, a vibration mill is preferable from the viewpoint of high pulverization efficiency and productivity. As a medium stirring type crusher, a tower type crusher such as a tower mill; a stirring tank type crusher such as an attritor, an aquamizer, or a sand grinder; a distribution tank type crusher such as a viscomill or a pearl mill; a distribution tube type crusher; Annual type crusher; continuous dynamic type crusher and the like can be mentioned. Among these, a stirring tank type crusher is preferable from the viewpoint of high crushing efficiency and productivity. When a medium stirring type pulverizer is used, the peripheral speed of the tip of the stirring blade is preferably 0.5 m / s or more, more preferably 1 m / s or more, and preferably 20 m / s or less, more preferably 15 m. It is less than / s.
For the types of crushers, refer to "Advances in Chemical Engineering Vol. 30 Fine Particle Control" (edited by Tokai Branch of the Chemical Engineering Society, published on October 10, 1996, Maki Shoten).
As the processing method, either a batch method or a continuous method may be used.

粉砕機の媒体の材質としては、特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレス、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。
粉砕機が振動ミルであって、媒体がボールの場合には、ボールの外径としては、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上であり、そして、好ましくは100mm以下、より好ましくは50mm以下である。ボールの大きさが上記の範囲であれば、所望の粉砕力が得られるとともに、ボールのかけら等が混入してセルロース含有原料が汚染されることなく効率的にセルロースを非晶化させることができる。
ボールの充填率は、振動ミルの機種により好適な充填率が異なるが、好ましくは10%以上97%以下、より好ましくは15%以上95%以下の範囲である。充填率がこの範囲内であれば、セルロース含有原料とボールとの接触頻度が向上するとともに、媒体の動きを妨げずに、粉砕効率を向上させることができる。ここで充填率とは、振動ミルの撹拌部の容積に対するボールの見かけの体積をいう。
粉砕機が振動ミルであって、媒体がロッドの場合には、ロッドの直径としては、好ましくは1mm以上、より好ましくは5mm以上であり、そして、好ましくは300mm以下、より好ましくは100mm以下、更に好ましくは50mm以下である。
媒体としては、ボール、ロッド以外にもチューブ等の媒体を用いることができる。
振動ミルの処理時間としては、振動ミルの種類、媒体の種類、大きさ及び充填率等により一概に決定できないが、結晶化度を低下させる観点から、好ましくは5分間以上72時間以下である。処理温度は、特に制限はないが、熱による劣化を防ぐ観点から、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上であり、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは100℃以下、更に好ましくは50℃以下である。
The material of the medium of the crusher is not particularly limited, and examples thereof include iron, stainless steel, alumina, zirconia, silicon carbide, silicon carbide, and glass.
When the crusher is a vibration mill and the medium is a ball, the outer diameter of the ball is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.5 mm or more, and preferably 100 mm or less, more preferably. Is 50 mm or less. When the size of the ball is within the above range, a desired crushing force can be obtained, and cellulose can be efficiently amorphous without contaminating the cellulose-containing raw material due to contamination by pieces of the ball or the like. ..
The filling rate of the balls varies depending on the model of the vibration mill, but is preferably in the range of 10% or more and 97% or less, and more preferably 15% or more and 95% or less. When the filling rate is within this range, the contact frequency between the cellulose-containing raw material and the balls can be improved, and the pulverization efficiency can be improved without hindering the movement of the medium. Here, the filling factor means the apparent volume of the ball with respect to the volume of the stirring portion of the vibrating mill.
When the crusher is a vibration mill and the medium is a rod, the diameter of the rod is preferably 1 mm or more, more preferably 5 mm or more, and preferably 300 mm or less, more preferably 100 mm or less, and further. It is preferably 50 mm or less.
As the medium, a medium such as a tube can be used in addition to the ball and the rod.
The processing time of the vibration mill cannot be unconditionally determined depending on the type of the vibration mill, the type of the medium, the size, the filling rate, etc., but is preferably 5 minutes or more and 72 hours or less from the viewpoint of reducing the crystallinity. The treatment temperature is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, still more preferably 100, from the viewpoint of preventing deterioration due to heat. ° C or lower, more preferably 50 ° C or lower.

上記の処理方法により、セルロース含有原料を出発原料として、セルロースI型結晶化度が50%以下の非晶化セルロースを効率よく得ることができ、また、粉砕機処理の際に、粉砕機の内部にセルロース含有原料が固着せずに、乾式にて処理することができる。
得られる非晶化セルロースの平均粒径(メディアン径)は、所望のメディアン径の多孔質セルロース粒子を得る観点から、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、そして、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下である。
非晶化セルロースのメディアン径は、実施例に記載の方法により測定される。
By the above treatment method, amorphous cellulose having a cellulose type I crystallization degree of 50% or less can be efficiently obtained using a cellulose-containing raw material as a starting material, and the inside of the crusher is used during the crusher treatment. The cellulose-containing raw material does not adhere to the surface and can be treated by a dry method.
The average particle size (median diameter) of the obtained uncrystallized cellulose is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and preferably 150 μm or less, from the viewpoint of obtaining porous cellulose particles having a desired median diameter. It is more preferably 100 μm or less.
The median diameter of amorphous cellulose is measured by the method described in Examples.

<工程1>
工程1は、結晶化度が50%以下である非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程である。工程1における、溶媒中に、少なくともセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つと、非晶化セルロースとを含む混合液を、以下、反応液ともいう。
上述した非晶化処理にて得られた非晶化セルロースは、その結晶化度が低く、セルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つ(以下、単に「セルラーゼ等」ともいう)による酵素処理において、非晶化部分が優先的にセルラーゼ等により分解されると考えられる。
ここでいう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、又はセロビオヒドロラーゼ及びβ-グルコシダーゼ等と称される酵素の総称である。
また、ヘミセルラーゼとは、ヘミセルロースを加水分解する酵素(EC 3.2.1.8、又はEC 3.2.1.89)の総称である。ヘミセルロースは、植物組織からアルカリ抽出される多糖類であり、主な多糖類としては、キシラン、アラビノキシラン、キシログルカン及びグルコマンナンなどが挙げられる。
セルラーゼ及びヘミセルラーゼは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、セルラーゼを2種以上併用する態様や、セルラーゼとヘミセルラーゼとを併用する態様など、いずれでもよく、特に限定されるものではない。
<Step 1>
Step 1 is a step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose having a crystallinity of 50% or less in a solvent. The mixed solution containing at least one selected from cellulase and hemicellulase and amorphous cellulose in the solvent in step 1 is hereinafter also referred to as a reaction solution.
The amorphous cellulose obtained by the above-mentioned amorphous treatment has a low crystallinity, and is subjected to enzymatic treatment with at least one selected from cellulase and hemicellulase (hereinafter, also simply referred to as "cellulase and the like"). It is considered that the amorphous portion is preferentially decomposed by cellulase or the like.
The term "cellulase" as used herein refers to an enzyme that hydrolyzes the glycoside bond of β-1,4-glucan of cellulose, and is a general term for enzymes called endoglucanase, exoglucanase, cellobiohydrolase, β-glucosidase, and the like. ..
Further, hemicellulase is a general term for enzymes that hydrolyze hemicellulose (EC 3.2.1.8 or EC 3.21.89). Hemicellulose is a polysaccharide that is alkaline-extracted from plant tissues, and examples of the main polysaccharides include xylan, arabinoxylan, xyloglucan, and glucomannan.
Cellulase and hemicellulase may be used alone or in combination of two or more. In addition, any of a mode in which two or more kinds of cellulase are used in combination and a mode in which cellulase and hemicellulase are used in combination are not particularly limited.

本発明で使用されるセルラーゼやヘミセルラーゼとしては特に制限はなく、市販のセルラーゼ製剤や、動物、植物、微生物由来のものを使用することができる。
セルラーゼの例としてはセルクラスト1.5L(ノボザイムズ社)等のトリコデルマ 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、又はバチルス 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)等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等が挙げられる。
The cellulase and hemicellulase used in the present invention are not particularly limited, and commercially available cellulase preparations and those derived from animals, plants and microorganisms can be used.
Examples of cellulase include cellulase preparations derived from Trichoderma reesei such as Cellulase 1.5L (Novozymes), cellulase derived from Bacillus sp. KSM-N145 (FERM P-19727), or cellulase. Bacillus sp. KSM-N252 (FERM P-17474), Bacillus sp. KSM-N115 (FERM P-19726), Bacillus sp. KSM-N440 (FERM P-19728), Cellulase derived from each strain such as Bacillus sp. KSM-N659 (FERM P-19730), as well as Trichoderma viride, Aspergillus acryatas (Aspergillus acleatus), Crostridium cellulase, and crosstridium cellulase.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) Examples thereof include a cellulase mixture derived from the cellulase and a heat-resistant cellulase derived from Pyrococcus horikoshii.

また、ヘミセルラーゼの例としてはバチルス エスピー(Bacillus sp.)KSM-N546(FERM P-19729)由来のキシナラーゼのほか、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等が挙げられる。また上記のセルラーゼ混合物中に含まれるヘミセルラーゼ活性を持つ酵素を利用することもできる。 Examples of hemicellulase include xylanase derived from Bacillus sp. KSM-N546 (FERM P-19729), Aspergillus niger, Trichoderma vilide, and Filcola. , Bacillus alkalofilus-derived xylanase, as well as Thermomyces, Aureobasideium, Streptomyces, Streptomyces, Clostridium, Clostridium Examples thereof include Caldocellum, xylanase derived from the genus Thermomonospora, and the like. In addition, an enzyme having hemicellulase activity contained in the above cellulase mixture can also be used.

これらの中でも、好ましくはトリコデルマ リーゼ(Trichoderma reesei)由来のセルラーゼ等を用いることにより、効率よく多孔質セルロースを製造することができる。
また、セルラーゼ等として、少なくともセルラーゼを含有することが好ましく、少なくともエンドグルカナーゼを含有することがより好ましい。
Among these, porous cellulose can be efficiently produced by preferably using cellulase or the like derived from Trichoderma reesei.
Further, as cellulase or the like, it is preferable to contain at least cellulase, and it is more preferable to contain at least endoglucanase.

これらの酵素に対してβ-グルコシダーゼ等の特定のセルラーゼ成分を更に添加することによって多孔質セルロースの製造効率を向上させることもできる。添加するβ-グルコシダーゼの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、メガザイム社製β-グルコシダーゼ)やアグロバクテリウム(Agrobacterium)、サーモトガ マリチマ(Thermotoga maritima)、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)由来の酵素等が挙げられる。 It is also possible to improve the production efficiency of porous cellulose by further adding a specific cellulase component such as β-glucosidase to these enzymes. Examples of β-glucosidase to be added include enzymes derived from Aspergillus niger (for example, β-glucosidase manufactured by Megazyme), Agrobacterium, Thermotoga maritima, Trichoderma, and Trichoderma. Examples thereof include enzymes derived from Penicillium emersonii.

工程1において、非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ等を処理する際の反応条件について、非晶化セルロースの結晶化度や使用する酵素により適宜選択することができる。
使用する溶媒としては、水が好ましく、高い酵素活性を得る観点から、緩衝液を使用することが好ましい。
セルラーゼ等を作用させる際の反応液のpHは、使用する酵素の至適pHにより適宜選択すればよいが、一般的には、好ましくは2以上、より好ましくは3以上であり、好ましくは13以下、より好ましくは12以下である。
セルラーゼ等を作用させる際の反応液の温度は、使用する酵素の至適温度により適宜選択すればよいが、高い酵素活性を得る観点から、好ましくは20℃以上、より好ましくは25℃以上であり、そして、好ましくは70℃以下、より好ましくは60℃以下である。
セルラーゼ等を作用させる際の反応時間は、生産性と十分な酵素反応との両立の観点から、好ましくは12時間以上、より好ましくは24時間以上、更に好ましくは36時間以上であり、そして、好ましくは72時間以下、より好ましくは60時間以下である。
In step 1, the reaction conditions for treating amorphous cellulose with cellulase or the like in a solvent can be appropriately selected depending on the crystallinity of the amorphous cellulose and the enzyme used.
Water is preferable as the solvent to be used, and a buffer solution is preferably used from the viewpoint of obtaining high enzyme activity.
The pH of the reaction solution at which cellulase or the like is allowed to act may be appropriately selected depending on the optimum pH of the enzyme to be used, but is generally preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and preferably 13 or less. , More preferably 12 or less.
The temperature of the reaction solution when the cellulase or the like is allowed to act may be appropriately selected depending on the optimum temperature of the enzyme to be used, but is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 25 ° C. or higher from the viewpoint of obtaining high enzyme activity. , And preferably 70 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower.
The reaction time when the cellulase or the like is allowed to act is preferably 12 hours or longer, more preferably 24 hours or longer, still more preferably 36 hours or longer, and preferably 36 hours or longer, from the viewpoint of achieving both productivity and sufficient enzymatic reaction. Is 72 hours or less, more preferably 60 hours or less.

セルラーゼ等を作用させる際の反応液中のセルラーゼ等の合計量は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.003質量%以上、更に好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.015質量%以上であり、そして、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下、更に好ましくは0.08質量%以下である。なお、反応液中のセルラーゼ等の合計量は、タンパク量としてのセルラーゼ等の含有量を意味するものである。
反応液中の非晶化セルロースの含有量は、高い酵素活性を得る観点や、均一に酵素処理を行う観点、処理液の流動性の観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。
The total amount of cellulase or the like in the reaction solution when the cellulase or the like is allowed to act is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.003% by mass or more, still more preferably 0.01% by mass or more, still more preferably. It is 0.015% by mass or more, and preferably 1% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, still more preferably 0.08% by mass or less. The total amount of cellulase and the like in the reaction solution means the content of cellulase and the like as the amount of protein.
The content of the uncrystallized cellulose in the reaction solution is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass, from the viewpoint of obtaining high enzyme activity, uniformly performing the enzyme treatment, and the fluidity of the treatment solution. % Or more, more preferably 5% by mass or more, and preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less.

非晶化セルロースに対するセルラーゼ及びヘミセルラーゼの合計含有量の質量比((セルラーゼ+ヘミセルラーゼ)/非晶化セルロース)は、好ましくは2.5×10-5以上、より好ましくは2.5×10-4以上、更に好ましくは1.0×10-3以上であり、そして、好ましくは2.5×10-1以下、より好ましくは5×10-2以下、更に好ましくは1×10-2以下である。
なお、セルラーゼ及びヘミセルラーゼの合計含有量は、タンパク量としての質量を意味する。
The mass ratio of the total content of cellulase and hemicellulase to uncrystallized cellulose ((cellulase + hemicellulase) / amorphous cellulose) is preferably 2.5 × 10 -5 or more, more preferably 2.5 × 10. -4 or more, more preferably 1.0 × 10 -3 or more, and preferably 2.5 × 10 -1 or less, more preferably 5 × 10 -2- or less, still more preferably 1 × 10 -2 or less. Is.
The total content of cellulase and hemicellulase means the mass as the amount of protein.

セルラーゼ等を作用させる際、反応液を撹拌又は振とうすることが好ましい。
撹拌を行う場合には、撹拌翼の翼選択速度は、高い酵素活性を得る観点から、好ましくは0.1m/s以上、より好ましくは0.5m/s以上、更に好ましくは1.0m/s以上であり、そして、好ましくは10m/s以下、より好ましくは8.0m/s以下、更に好ましくは5.0m/s以下である。
また、振とうを行う場合には、往復振とうでもよく、旋回振とうでもよく、特に限定されないが、高い酵素活性を得る観点から、好ましくは10rpm以上、より好ましくは30rpm以上、更に好ましくは100rpm以上であり、そして、好ましくは1000rpm以下、より好ましくは500rpm以下、更に好ましくは200rpm以下である。
When the cellulase or the like is allowed to act, it is preferable to stir or shake the reaction solution.
In the case of stirring, the blade selection speed of the stirring blade is preferably 0.1 m / s or more, more preferably 0.5 m / s or more, still more preferably 1.0 m / s from the viewpoint of obtaining high enzyme activity. The above, and preferably 10 m / s or less, more preferably 8.0 m / s or less, still more preferably 5.0 m / s or less.
Further, when shaking is performed, reciprocating shaking or swirling shaking may be used, and the shaking is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining high enzyme activity, it is preferably 10 rpm or more, more preferably 30 rpm or more, still more preferably 100 rpm. The above, and preferably 1000 rpm or less, more preferably 500 rpm or less, still more preferably 200 rpm or less.

<工程2>
工程2は、セルラーゼ等を作用させた後、非晶化セルロースを噴霧乾燥又は凍結乾燥して、多孔質セルロース粒子を得る工程である。
乾燥による多孔質セルロース粒子の凝集を抑制する観点から、乾燥処理としては凍結乾燥又は噴霧乾燥が好ましく、凍結乾燥がより好ましい。
噴霧乾燥は、例えば、噴霧乾燥装置内で工程1終了後の反応液を噴霧し、例えば入口温度200℃以下、出口温度110℃以下にて乾燥させることが好ましい。
凍結乾燥は、工程1終了後の反応液を予備凍結させた後、1次乾燥及び2次乾燥を行うことが好ましい。
予備凍結は、好ましくは、常圧下、-40℃以上-20℃以下の温度で急速凍結することが好ましい。そして、好ましくは0.1Pa以上100Pa以下の真空下、かつ-20℃以上-5℃以下の温度で予備凍結物中の氷を昇華させる1次乾燥を行い、次いで0.1Pa以上100Pa以下の真空下、かつ20℃以上40℃以下の温度に昇温して2次乾燥を行うことが好ましい。
工程2においては、更に、乾燥処理後に得られる多孔質セルロース粒子を粉砕処理する工程を有してもよい。
<Step 2>
Step 2 is a step of spray-drying or freeze-drying the amorphous cellulose after allowing cellulase or the like to act on it to obtain porous cellulose particles.
From the viewpoint of suppressing the aggregation of the porous cellulose particles due to drying, freeze-drying or spray-drying is preferable as the drying treatment, and freeze-drying is more preferable.
For spray drying, for example, it is preferable to spray the reaction solution after the completion of step 1 in a spray drying device and dry it at an inlet temperature of 200 ° C. or lower and an outlet temperature of 110 ° C. or lower.
For freeze-drying, it is preferable to perform primary drying and secondary drying after pre-freezing the reaction solution after the completion of step 1.
The pre-freezing is preferably quick freezing at a temperature of −40 ° C. or higher and −20 ° C. or lower under normal pressure. Then, a primary drying is performed to sublimate the ice in the pre-frozen product under a vacuum of 0.1 Pa or more and 100 Pa or less, and at a temperature of -20 ° C or more and -5 ° C or less, and then a vacuum of 0.1 Pa or more and 100 Pa or less is performed. It is preferable to perform secondary drying at a lower temperature and a temperature of 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower.
Step 2 may further include a step of pulverizing the porous cellulose particles obtained after the drying treatment.

<多孔質セルロース粒子の物性>
本発明の多孔質セルロース粒子の製造方法により得られる多孔質セルロースは、メディアン径が5μm以上90μm以下である。メディアン径が上記範囲内であると、マイクロプラスチックの代替粒子としての種々の用途に応用が期待される。
多孔質セルロース粒子のメディアン径は、製造容易性、種々の用途への適用可能性を考慮して、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、そして、好ましくは75μm以下、より好ましくは60μm以下である。
多孔質セルロース粒子のメディアン径は、実施例に記載の方法により製造される。
なお、非晶化セルロースに対して、セルラーゼ等を作用させることによって、メディアン径の低下が認められる場合がある。これは、セルラーゼ等により、セルロースやヘミセルロースが分解した結果であると考えられる。
<Physical characteristics of porous cellulose particles>
The porous cellulose obtained by the method for producing porous cellulose particles of the present invention has a median diameter of 5 μm or more and 90 μm or less. When the median diameter is within the above range, it is expected to be applied to various uses as alternative particles for microplastics.
The median diameter of the porous cellulose particles is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and preferably 75 μm or less, more preferably 60 μm, in consideration of ease of manufacture and applicability to various applications. It is as follows.
The median diameter of the porous cellulose particles is produced by the method described in Examples.
It should be noted that the median diameter may be reduced by allowing cellulase or the like to act on the amorphous cellulose. It is considered that this is a result of decomposition of cellulose and hemicellulose by cellulase and the like.

多孔質セルロースの細孔容積は、セルラーゼ等を作用させる前の非晶化セルロースの細孔容積に比べて増加している。
セルラーゼ等を作用させることによって、非晶化セルロースの細孔容積に比べて、多孔質セルロースの細孔容積は、好ましくは10%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは100%以上増加している。また、その上限は特に限定されないが、製造容易性の観点から、例えば300%以下である。
The pore volume of the porous cellulose is increased as compared with the pore volume of the amorphous cellulose before the action of cellulase or the like.
By allowing cellulase or the like to act, the pore volume of the porous cellulose is preferably increased by 10% or more, more preferably 50% or more, still more preferably 100% or more, as compared with the pore volume of the amorphous cellulose. ing. The upper limit thereof is not particularly limited, but is, for example, 300% or less from the viewpoint of ease of manufacture.

多孔質セルロースの10μm以下の細孔容積は、多孔質セルロースとする観点から、好ましくは0.30mL/g以上、より好ましくは0.35mL/g以上、更に好ましくは0.40mL/g以上であり、そして、上限は特に限定されないが、製造容易性の観点から、例えば2.0mL/g以下、より好ましくは1.8mL/g以下、更に好ましくは1.5mL/g以下である。
多孔質セルロースの細孔容積は、実施例に記載の方法にて測定される。
The pore volume of the porous cellulose of 10 μm or less is preferably 0.30 mL / g or more, more preferably 0.35 mL / g or more, still more preferably 0.40 mL / g or more from the viewpoint of forming the porous cellulose. The upper limit is not particularly limited, but is, for example, 2.0 mL / g or less, more preferably 1.8 mL / g or less, still more preferably 1.5 mL / g or less, from the viewpoint of ease of production.
The pore volume of the porous cellulose is measured by the method described in Examples.

[セルロースの多孔質化方法]
本実施形態のセルロースの多孔質化方法は、以下の工程Iを有するセルロースの多孔質化方法であり、
工程I:非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程
前記非晶化セルロースは、下記式(1)で定義されるセルロースI型結晶化度が50%以下であり、多孔質化されたセルロース粒子のメディアン径が5μm以上90μm以下である。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (1)
(ここでI22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度であり、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度である。)
工程Iは、工程1と同様である、使用する非晶化セルロース、溶媒、セルローゼ等、反応条件等は、工程1と同様の条件が採用でき、好ましい範囲も同様である。
また、非晶化セルロースの調製に関する工程0、乾燥工程に関する工程2も同様に採用でき、好ましい範囲も同様である。
[Method for making cellulose porous]
The method for making cellulose porous according to the present embodiment is a method for making cellulose porous having the following step I.
Step I: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose in a solvent. The amorphous cellulose is the cellulose type I crystallinity defined by the following formula (1). Is 50% or less, and the median diameter of the porous cellulose particles is 5 μm or more and 90 μm or less.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
(Here, I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in the X-ray diffraction, and I18.5 is the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18. 5 °) diffraction intensity.)
Step I is the same as in Step 1, and the same conditions as in Step 1 can be adopted for the amorphous cellulose, solvent, cellulase and the like to be used, reaction conditions and the like, and the preferred range is also the same.
Further, step 0 related to the preparation of amorphous cellulose and step 2 related to the drying step can be similarly adopted, and the preferred range is also the same.

本発明により得られる多孔質セルロース粒子は、マイクロプラスチックが使用されてきた種々の用途に対しての応用が期待される。 The porous cellulose particles obtained by the present invention are expected to be applied to various uses in which microplastics have been used.

非晶化セルロース又はセルロース含有原料のメディアン径、X線回折強度、及び細孔容積の測定は、以下に記載の方法により行った。また、非晶化セルロース等の各種セルロースの酵素処理反応は、以下に記載の条件により行った。 The median diameter, X-ray diffraction intensity, and pore volume of the amorphous cellulose or the cellulose-containing raw material were measured by the methods described below. In addition, the enzymatic treatment reaction of various celluloses such as amorphous cellulose was carried out under the conditions described below.

(1)メディアン径の測定
メディアン径(体積中位粒径、D50)は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置「LA-920」(株式会社堀場製作所製)を用いて測定した。測定条件は、粒径測定前に超音波で1分間処理し、測定時の分散媒体として水を用い、温度25℃にて測定した。
(1) Measurement of median diameter The median diameter (medium volume particle size, D 50 ) was measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device “LA-920” (manufactured by HORIBA, Ltd.). The measurement conditions were as follows: treatment was performed with ultrasonic waves for 1 minute before measuring the particle size, water was used as a dispersion medium at the time of measurement, and the measurement was performed at a temperature of 25 ° C.

(2)X線回折強度の測定
X線回折強度は、株式会社リガク製の「MiniFlex-II」を用いて以下の条件で測定し、上記式(1)に基づいてセルロースI型結晶化度を算出した。
測定条件は、以下の通りである。
X線源:Cu/Kα-radiation
測定範囲:2θ=5~50°
測定用サンプルは面積320mm×厚さ1mmのペレット状に圧縮し、作製した。X線のスキャンスピードは5°/minで測定した。
セルロースI型結晶は回折角2θ=22.6°に002面に対応するピーク(I22.6)が発現する。結晶化度(X[%])は、アモルファス部分を反映した2θ=18.5°のピーク強度(I18.5)を用いて一般に以下の式で求められる。
X=(I22.6-I18.5)/I22.6×100
(2) Measurement of X-ray diffraction intensity The X-ray diffraction intensity is measured under the following conditions using "MiniFlex-II" manufactured by Rigaku Co., Ltd., and the degree of cellulose I-type crystallinity is determined based on the above formula (1). Calculated.
The measurement conditions are as follows.
X-ray source: Cu / Kα-radiation
Measurement range: 2θ = 5 to 50 °
The measurement sample was prepared by compressing it into pellets having an area of 320 mm 2 × thickness of 1 mm. The X-ray scan speed was measured at 5 ° / min.
In the cellulose type I crystal, a peak (I 22.6 ) corresponding to the 002 plane is expressed at a diffraction angle of 2θ = 22.6 °. The crystallinity (X [%]) is generally calculated by the following formula using a peak intensity (I 18.5 ) of 2θ = 18.5 ° reflecting the amorphous portion.
X = (I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 x 100

(3)細孔容積の評価
細孔容積の評価は株式会社島津製作所製の水銀ポロシメーター(Auto PoreIV 9500)を使用し、水銀圧入法にて評価を実施した。粉体サンプル約0.05gをセルの中に入れ、測定圧0.01MPaから210MPaの範囲で測定を実施した。水銀圧入法では測定圧(圧入圧力)が細孔径と対応しており、測定圧と水銀圧入量の関係から細孔径分布を測定することができる。今回は酵素処理によって新たに生じた粒子内細孔の容積を評価するため、細孔径10μm以下の細孔容積の評価を実施した。
(3) Evaluation of Pore Volume The evaluation of the pore volume was carried out by a mercury porosimeter (Auto Pore IV 9500) manufactured by Shimadzu Corporation. About 0.05 g of the powder sample was placed in the cell, and the measurement was carried out in the measurement pressure range of 0.01 MPa to 210 MPa. In the mercury intrusion method, the measured pressure (intrusion pressure) corresponds to the pore diameter, and the pore diameter distribution can be measured from the relationship between the measured pressure and the mercury intrusion amount. This time, in order to evaluate the volume of the pores in the particles newly generated by the enzyme treatment, the pore volume having a pore diameter of 10 μm or less was evaluated.

実施例1
[非晶化セルロースの調製]
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ〔テンベック社製「Biofloc HV+」、800mm×600mm×1mm、結晶化度82%、セルロース含有原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量96質量%、水分含量8.5質量%〕を、シートペレタイザ(株式会社ホーライ製、「SG(E)-220」)にかけ、約4mm×4mm×1mmの大きさに裁断した。
裁断処理により得られたパルプを、2軸横型撹拌乾燥機〔株式会社奈良機械製作所製、製品名「2軸パドルドライヤー、NPD-3W(1/2)LG」〕を用いて乾燥した。乾燥温度は150℃とし、あらかじめパルプを20kg仕込み、60分間バッチ処理で乾燥した。
乾燥処理により得られたパルプを、バッチ式振動ミル(中央化工機株式会社製、「FV-10」、ミル内径284mm、奥行き226mm)に920g投入し、ロッドとして、直径30mm、長さ510mm、材質ステンレス、断面形状が円形のロッドを振動ミルに充填して、振幅8mm、円回転20cpmの条件で、室温(20℃)にて10分間処理した。得られた非晶化セルロースの平均粒径及び結晶化度、細孔容積を表1に示す。
Example 1
[Preparation of amorphous cellulose]
As a cellulose-containing raw material, sheet-shaped wood pulp [“Biofloc HV +” manufactured by Tembeck Co., Ltd., 800 mm × 600 mm × 1 mm, crystallinity 82%, cellulose content 96% by mass in the residual component obtained by removing water from the cellulose-containing raw material, Moisture content 8.5% by mass] was applied to a sheet pelletizer (manufactured by Horai Co., Ltd., “SG (E) -220”) and cut into a size of about 4 mm × 4 mm × 1 mm.
The pulp obtained by the cutting treatment was dried using a twin-screw horizontal stirring dryer [manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., product name "two-screw paddle dryer, NPD-3W (1/2) LG"]. The drying temperature was set to 150 ° C., 20 kg of pulp was charged in advance, and the pulp was dried by batch processing for 60 minutes.
920 g of the pulp obtained by the drying treatment was put into a batch type vibration mill (manufactured by Chuo Kakoki Co., Ltd., "FV-10", mill inner diameter 284 mm, depth 226 mm), and used as a rod with a diameter of 30 mm, a length of 510 mm, and a material. A rod made of stainless steel and having a circular cross-sectional shape was filled in a vibration mill and treated at room temperature (20 ° C.) for 10 minutes under the conditions of an amplitude of 8 mm and a circular rotation of 20 cpm. Table 1 shows the average particle size, crystallinity, and pore volume of the obtained amorphous cellulose.

[使用した酵素及び試薬]
・酵素:セルラーゼfrom Tricoderma reesei(aqueous solution、>700units/g)、Merck社製
・緩衝液:pH 5.10 くえん酸ナトリウム緩衝液(5倍濃縮液、生体試料用)、富士フイルム和光純薬株式会社製
[Enzymes and reagents used]
・ Enzyme: Cellulase from Trichoderma reesei (aqueous solution,> 700units / g), manufactured by Merck ・ Buffer solution: pH 5.10 Sodium oxalate buffer (5-fold concentrate, for biological sample), Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Made by the company

[非晶化セルロースの酵素処理]
前述した非晶化セルロース及び酵素を使用して検討を実施した。
500mL三角フラスコに非晶化セルロース10g、酵素500μL、pH緩衝液(くえん酸ナトリウム緩衝液(5倍濃縮液))20g、イオン交換水69gを加えた。この三角フラスコを50℃に設定した振とう機(高崎科学器械株式会社製、TXY-30R-3F)に移し、150rpmで48時間振とうさせることで、酵素処理を行った。この処理において処理液中の酵素濃度はタンパク質濃度として0.0175質量%であった。また、非晶化セルロースに対する酵素のタンパク質としての質量比(酵素/非晶化セルロース)は、1.75×10-3であった。
酵素処理後のスラリーを50mLの遠沈管に移し、遠心分離(9000G、5min、4℃)して固液分離を行った。上清を取り除いた後、残った固形分にイオン交換水を加えて全体積が50mLとなるようにメスアップし、ボルテックスミキサーで再分散させることで固形分の洗浄を行った。このスラリーを再度遠心分離(9000G、5min、4℃)し、固液分離を行った。
上清を取り除いて得られた固形分を-30℃で予備凍結した後、凍結乾燥機(EYELA製、FDU-1200型)で一晩乾燥した。凍結乾燥後の固体は粉末状ではなく、一部が固化していたため、必要に応じてスパチュラで塊を崩して評価を実施した。得られた非晶化セルロースの平均粒径、細孔容積を表1に示す。
[Enzyme treatment of amorphous cellulose]
The study was carried out using the above-mentioned amorphous cellulose and enzyme.
To a 500 mL Erlenmeyer flask, 10 g of amorphous cellulose, 500 μL of enzyme, 20 g of pH buffer (sodium citrate buffer (5-fold concentrated solution)), and 69 g of ion-exchanged water were added. This Erlenmeyer flask was transferred to a shaker (manufactured by Takasaki Kagaku Kikai Co., Ltd., TXY-30R-3F) set at 50 ° C. and shaken at 150 rpm for 48 hours to perform enzyme treatment. In this treatment, the enzyme concentration in the treatment liquid was 0.0175% by mass as the protein concentration. The mass ratio of the enzyme to the amorphous cellulose as a protein (enzyme / amorphous cellulose) was 1.75 × 10 -3 .
The slurry after the enzyme treatment was transferred to a 50 mL centrifuge tube and centrifuged (9000 G, 5 min, 4 ° C.) for solid-liquid separation. After removing the supernatant, ion-exchanged water was added to the remaining solid content to make a volumetric flask with a total volume of 50 mL, and the solid content was washed by redispersing with a vortex mixer. This slurry was centrifuged again (9000 G, 5 min, 4 ° C.) to perform solid-liquid separation.
The solid content obtained by removing the supernatant was pre-frozen at −30 ° C. and then dried overnight in a freeze dryer (manufactured by EYELA, FDU-1200 type). Since the solid after freeze-drying was not in powder form and partly solidified, the mass was broken down with a spatula as necessary and evaluated. Table 1 shows the average particle size and pore volume of the obtained amorphous cellulose.

実施例2
[非晶化セルロースの調製]
実施例1の[非晶化セルロースの調製]においてバッチ式振動ミルの処理時間を30分間に変更することで調製を行った。得られた非晶化セルロースの平均粒径及び結晶化度、細孔容積を表1に示す。
Example 2
[Preparation of amorphous cellulose]
Preparation was performed by changing the treatment time of the batch type vibration mill to 30 minutes in [Preparation of Amorphous Cellulose] of Example 1. Table 1 shows the average particle size, crystallinity, and pore volume of the obtained amorphous cellulose.

[使用した酵素及び試薬]
実施例1と同じ酵素及び試薬を使用した。
[非晶化セルロースの酵素処理]
実施例1において、使用する非晶化セルロースをバッチ式振動ミルの処理時間を30分間したものに変更することで検討を実施した。得られた非晶化セルロースの平均粒径及び細孔容積を表1に示す。
[Enzymes and reagents used]
The same enzymes and reagents as in Example 1 were used.
[Enzyme treatment of amorphous cellulose]
In Example 1, the study was carried out by changing the amorphous cellulose to be used to one in which the processing time of the batch type vibration mill was 30 minutes. Table 1 shows the average particle size and pore volume of the obtained amorphous cellulose.

比較例1
[セルロース種]
KCフロック(W-50GK、日本製紙ケミカル株式会社製)を使用した。このセルロースの結晶化度、細孔容積を表1に示す。このセルロースは綿状のため、平均粒径の測定は実施していない。
[酵素の調製]
実施例1と同じ酵素を使用した。
[非晶化セルロースの酵素処理]
実施例1において、使用するKCフロック(W-50GK、日本製紙ケミカル株式会社製)に変更することで検討を実施した。得られた非晶化セルロースの平均粒径及び細孔容積を表1に示す。
Comparative Example 1
[Cellulose species]
KC floc (W-50GK, manufactured by Nippon Paper Chemicals Co., Ltd.) was used. Table 1 shows the crystallinity and pore volume of this cellulose. Since this cellulose is cotton-like, the average particle size has not been measured.
[Preparation of enzyme]
The same enzyme as in Example 1 was used.
[Enzyme treatment of amorphous cellulose]
In Example 1, the study was carried out by changing to the KC floc (W-50GK, manufactured by Nippon Paper Chemicals Co., Ltd.) to be used. Table 1 shows the average particle size and pore volume of the obtained amorphous cellulose.

比較例2
[セルロース種]
セルロース含有原料として、実施例1と同じシート状木材パルプ〔テンベック社製「Biofloc HV+」、800mm×600mm×1mm、結晶化度82%、セルロース含有原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量96質量%、水分含量8.5質量%〕を、シートペレタイザ(株式会社ホーライ製、「SG(E)-220」)にかけ、約4mm×4mm×1mmの大きさに裁断した。
裁断処理により得られたパルプを、2軸横型撹拌乾燥機〔株式会社奈良機械製作所製、製品名「2軸パドルドライヤー、NPD-3W(1/2)LG」〕を用いて乾燥した。乾燥温度は150℃とし、あらかじめパルプを20kg仕込み、60分間バッチ処理で乾燥した。
[酵素の調製]
実施例1と同じ酵素を使用した。
[セルロースの酵素処理]
実施例1において使用するセルロースを上記のBioflock HV+乾燥チップ(非晶化処理なし)に変更することで検討を実施した。得られたセルロースの平均粒径及び細孔容積を表1に示す。
Comparative Example 2
[Cellulose species]
As the cellulose-containing raw material, the same sheet-shaped wood pulp as in Example 1 [“Biofloc HV +” manufactured by Tembeck Co., Ltd., 800 mm × 600 mm × 1 mm, crystallinity 82%, cellulose-containing in the residual component obtained by removing water from the cellulose-containing raw material. Amount of 96% by mass, water content of 8.5% by mass] was applied to a sheet pelletizer (manufactured by Horai Co., Ltd., “SG (E) -220”) and cut into a size of about 4 mm × 4 mm × 1 mm.
The pulp obtained by the cutting treatment was dried using a twin-screw horizontal stirring dryer [manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., product name "two-screw paddle dryer, NPD-3W (1/2) LG"]. The drying temperature was set to 150 ° C., 20 kg of pulp was charged in advance, and the pulp was dried by batch processing for 60 minutes.
[Preparation of enzyme]
The same enzyme as in Example 1 was used.
[Enzyme treatment of cellulose]
The study was carried out by changing the cellulose used in Example 1 to the above Bioflock HV + dried chip (without amorphous treatment). Table 1 shows the average particle size and pore volume of the obtained cellulose.

Figure 2022084519000001
Figure 2022084519000001

本発明の製造方法によれば、容易に多孔質セルロース粒子が得られる。 According to the production method of the present invention, porous cellulose particles can be easily obtained.

Claims (8)

以下の工程1を有する多孔質セルロース粒子の製造方法であり、
工程1:非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程
前記非晶化セルロースは、下記式(1)で定義されるセルロースI型結晶化度が50%以下であり、
多孔質セルロース粒子のメディアン径が5μm以上90μm以下である、
多孔質セルロース粒子の製造方法。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (1)
(ここでI22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度であり、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度である。)
It is a method for producing porous cellulose particles having the following step 1.
Step 1: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose in a solvent. The amorphous cellulose is the cellulose type I crystallinity defined by the following formula (1). Is less than 50%,
The median diameter of the porous cellulose particles is 5 μm or more and 90 μm or less.
A method for producing porous cellulose particles.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
(Here, I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in the X-ray diffraction, and I18.5 is the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18. 5 °) diffraction intensity.)
非晶化セルロースが、セルロース含有原料を媒体式粉砕機で処理することにより得られた非晶化セルロースである、請求項1記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the amorphous cellulose is an amorphous cellulose obtained by treating a cellulose-containing raw material with a medium-type pulverizer. セルロース含有原料が、木材由来のパルプ類から選ばれる、請求項2に記載の製造方法。 The production method according to claim 2, wherein the cellulose-containing raw material is selected from pulps derived from wood. 工程1における溶媒が水である、請求項1~3のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent in step 1 is water. 工程1における非晶化セルロース濃度が、1質量%以上40質量%以下である、請求項1~4のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the concentration of amorphous cellulose in step 1 is 1% by mass or more and 40% by mass or less. 工程1において、非晶化セルロースに対するセルラーゼ及びヘミセルラーゼの合計含有量((セルラーゼ+ヘミセルラーゼ)/非晶化セルロース、質量比)が、2.5×10-5以上2.5×10-1以下である、請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。 In step 1, the total content of cellulase and hemicellulase to non-crystallized cellulose ((cellulase + hemicellulase) / amorphous cellulose, mass ratio) is 2.5 × 10 -5 or more and 2.5 × 10 -1 . The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, which is described below. 工程1の後に、非晶化セルロースを噴霧乾燥又は凍結乾燥して多孔質セルロース粒子を得る工程を有する、請求項1~6のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of spray-drying or freeze-drying the amorphous cellulose after the step 1 to obtain porous cellulose particles. 以下の工程Iを有するセルロースの多孔質化方法であり、
工程I:非晶化セルロースに対して、溶媒中でセルラーゼ及びヘミセルラーゼから選ばれる少なくとも1つを作用させる工程
前記非晶化セルロースは、下記式(1)で定義されるセルロースI型結晶化度が50%以下であり、
多孔質化されたセルロース粒子のメディアン径が5μm以上90μm以下である、
セルロースの多孔質化方法。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (1)
(ここでI22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度であり、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度である。)
A method for making cellulose porous, which comprises the following step I.
Step I: A step of allowing at least one selected from cellulase and hemicellulase to act on the amorphous cellulose in a solvent. The amorphous cellulose is the cellulose type I crystallinity defined by the following formula (1). Is less than 50%,
The median diameter of the porous cellulose particles is 5 μm or more and 90 μm or less.
Method for making cellulose porous.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] x 100 (1)
(Here, I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in the X-ray diffraction, and I18.5 is the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18. 5 °) diffraction intensity.)
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