JP4930939B2 - Saccharification method using solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material - Google Patents
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Description
本発明はリグノセルロース系植物材料の糖化方法に関する。より詳細には、本発明は、リグノセルロース系植物材料を環境負荷、処理に要するエネルギーやコストを低減しながら、安全に且つ効率よく処理して、リグノセルロース系植物材料から糖を高率で得ることのできる糖化方法に関する。 The present invention relates to a method for saccharification of lignocellulosic plant material. More specifically, the present invention provides a high rate of sugar from lignocellulosic plant material by safely and efficiently treating lignocellulosic plant material while reducing the environmental burden and energy and cost required for treatment. It is related with the saccharification method which can be performed.
急激な人口増加、各国における産業発達などの種々の要因により、近年、石油、天然ガス、石炭などの化石資源の消費がますます増加しており、それに伴って化石資源の埋蔵量の減少、排出された炭酸ガスなどによる地球の温暖化や環境汚染などの問題が地球的規模で生じている。
そのような化石資源の減少や地球環境の悪化に対処するために、繰り返して生産が可能な植物を原料に用いてエタノールなどの燃料を製造することが色々行われるようになっており、より実効性の高い技術の開発が強く求められている。
In recent years, consumption of fossil resources such as oil, natural gas, and coal has been increasing due to various factors such as rapid population growth and industrial development in each country. Problems such as global warming and environmental pollution caused by carbon dioxide generated are occurring on a global scale.
In order to cope with such a decrease in fossil resources and the deterioration of the global environment, it is becoming more effective to produce fuels such as ethanol using plants that can be repeatedly produced as raw materials. There is a strong demand for the development of highly functional technologies.
植物を原料として燃料を製造する技術の代表例の１つとして、植物から糖を製造し、その得られた糖から燃料として有用なエタノールを製造する技術が知られている。その際に、糖を得るための原料植物としては、サトウキビのような糖を高濃度で含む植物やトウモロコシ、サツマイモなどのような糖化の容易な澱粉質を多く含む植物よりなる澱粉系植物材料が従来一般に使用されている。一方、リグニンなどの難分解性成分を含むリグノセルロース系植物材料（木質系植物材料および草本系植物材料）はあまり使用されていない。かかる点から、リグニンなどの難分解性成分を含むリグノセルロース系植物材料を原料とする実効性のある糖化技術の開発が求められている。 As a representative example of a technique for producing fuel using a plant as a raw material, a technique for producing sugar useful as a fuel from the obtained sugar by producing sugar from the plant is known. At that time, as a raw material plant for obtaining sugar, starch-based plant material made of a plant containing a high concentration of sugar such as sugar cane or a plant containing a lot of easily saccharified starch such as corn and sweet potato. Conventionally used in general. On the other hand, lignocellulosic plant materials (woody plant materials and herbaceous plant materials) containing a hardly decomposable component such as lignin are not used much. In view of this, development of an effective saccharification technique using a lignocellulosic plant material containing a hardly decomposable component such as lignin as a raw material is required.
リグノセルロース系材料から糖を製造する技術は、一般に（１）リグノセルロース系植物材料に濃硫酸、希硫酸などの酸を加えてセルロースを直接糖にする酸糖化法、（２）リグノセルロース系植物材料に前処理を施してリグニンなどの難分解性成分からなる植物の細胞壁や細胞間層の分解、損傷を生じさせた後に、セルラーゼのような糖化酵素を加えてセルロースを加水分解して糖にする酵素糖化方法の２つに大別される。 The technology for producing sugar from lignocellulosic materials is generally as follows: (1) acid saccharification method in which an acid such as concentrated sulfuric acid or dilute sulfuric acid is added to lignocellulosic plant material to make cellulose directly into sugar; (2) lignocellulosic plant After pre-treating the material to cause degradation and damage of plant cell walls and intercellular layers made of refractory components such as lignin, saccharification enzymes such as cellulase are added to hydrolyze cellulose into sugar. There are two types of enzymatic saccharification methods.
上記（２）の酵素糖化方法では、その前処理方法によって、更に、（２ａ）リグノセルロース系植物材料を粉砕、蒸煮（蒸煮爆砕、蒸煮、熱水分解・加圧熱水処理など）、エネルギー線（電子線、γ線、マイクロウエーブ）の照射などの物理的方法で処理して植物の細胞壁に分解、損傷を生じさせる物理的前処理を行う酵素糖化法、（２ｂ）リグノセルロース系植物材料を酸（硫酸、亜硫酸、リン酸）、アルカリ（カセイソーダ、アンモニアなど）などを用いて化学的に分解、損傷を生じさせる化学的前処理を行う酵素糖化法、および（２ｃ）リグノセルロース系植物材料をリグニン分解菌を用いて生物的前処理を行う酵素糖化法に分類される（非特許文献１を参照）。 In the enzymatic saccharification method of (2) above, the (2a) lignocellulosic plant material is further pulverized, steamed (steamed, crushed, steamed, hydrothermal decomposition / pressurized hot water treatment, etc.), energy rays. (2b) lignocellulosic plant material, which is treated by a physical method such as irradiation with (electron beam, γ-ray, microwave) to perform physical pretreatment to decompose and damage the cell wall of the plant. An enzymatic saccharification method that chemically decomposes and causes damage using acids (sulfuric acid, sulfurous acid, phosphoric acid), alkalis (caustic soda, ammonia, etc.), and (2c) lignocellulosic plant material It is classified as an enzymatic saccharification method in which a biological pretreatment is performed using a lignin-degrading bacterium (see Non-Patent Document 1).
上記した方法のうち、上記（１）の酸糖化法および上記（２ｂ）の化学的前処理を行う酵素糖化法は、いずれも、リグノセルロース系植物材料の糖化または前処理に当たって、酸、アルカリなどの化学薬品を用いるため、それらの薬品に耐え得る設備を使用する必要があることから設備費が高くなるという問題がある。しかも、糖化または前処理に用いた酸やアルカリの中和処理とそれによって発生する大量の中和廃棄物（例えば硫酸カルシウムなど）の処理、或いは前処理に用いた溶媒の除去を行う必要があるため、手間やコストがかかり、しかも地球環境の汚染の問題がある。 Among the above-mentioned methods, the acid saccharification method (1) and the enzymatic saccharification method (2b) that perform the chemical pretreatment are both saccharification or pretreatment of lignocellulosic plant material, such as acid and alkali. Therefore, there is a problem that the equipment cost increases because it is necessary to use equipment that can withstand such chemicals. Moreover, it is necessary to neutralize the acid or alkali used for saccharification or pretreatment and to treat a large amount of neutralized waste (for example, calcium sulfate) generated thereby, or to remove the solvent used for the pretreatment. Therefore, it takes time and cost, and there is a problem of pollution of the global environment.
また、上記（２ｃ）のリグニン分解菌を用いて生物的前処理を行う酵素糖化法は、リグニンを分解するための特別の菌を大量に使用する必要があるためコストがかかり、しかも菌によるリグニンの分解には時間がかかるため、リグノセルロース系植物材料の分解−糖化に長期間を要し、効率よく糖化を行うことができないという問題がある。 In addition, the enzymatic saccharification method in which biological pretreatment is performed using the lignin-degrading bacterium described in (2c) requires a large amount of a special bacterium for degrading lignin, and is costly. Since it takes time to decompose the lignocellulosic plant material, there is a problem that it takes a long time to decompose and saccharify the lignocellulosic plant material, and the saccharification cannot be performed efficiently.
上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法の場合は、糖化または前処理に酸、アルカリなどの化学薬品を用いないために、安全性に優れ、地球環境の汚染の問題が少なく、また処理に用いた化学薬品の後処理やそれにより生じた廃棄物の処理などの問題がない。しかしながら、上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法のうち、物理的前処理として蒸煮（蒸煮爆砕、蒸煮、熱水分解・加圧熱水処理など）、またはエネルギー線照射を行うものでは、蒸煮のための高温・高圧装置や、電子線、γ線、マイクロウエーブなどのエネルギー線の照射装置などの高価な装置が必要なため、設備費が高くなり、しかも前処理工程の管理を厳密に行う必要がある。 In the case of the enzymatic saccharification method in which the physical pretreatment of (2a) is performed, chemicals such as acid and alkali are not used for saccharification or pretreatment, so that the safety is excellent and there is little problem of pollution of the global environment. In addition, there are no problems such as post-treatment of chemicals used in the treatment and treatment of waste generated thereby. However, among the enzymatic saccharification methods in which the physical pretreatment of (2a) is performed, steaming (steaming explosion, steaming, hydrothermal decomposition, pressurized hot water treatment, etc.) or energy ray irradiation is performed as the physical pretreatment. However, it requires expensive equipment such as high-temperature and high-pressure equipment for steaming and energy beam irradiation equipment such as electron beams, γ-rays, and microwaves, which increases the equipment cost and manages the pretreatment process. It must be done strictly.
それに対して、上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法のうち、リグノセルロース系植物材料を粉砕により前処理した後に糖化酵素で処理する方法は、前処理に酸、アルカリなどの特別の化学薬品を使用する必要がないばかりでなく、高価で管理を厳密に行う必要のある蒸煮装置（高温・高圧装置）やエネルギー線照射装置を使用する必要がなく、従来汎用の粉砕装置のうちから適当な粉砕装置を選択使用して粉砕するだけで、植物の細胞を形成するリグニンを分解、損傷させて、糖化酵素によるセルロースの加水分解を受け易くできることから、簡便で、地球環境の汚染が少なく、しかも設備費を低くでき、望ましい方法である。 On the other hand, among the enzymatic saccharification methods in which the physical pretreatment of the above (2a) is performed, the method of pretreating lignocellulosic plant material by pulverization and then treating with saccharifying enzyme is a special treatment such as acid or alkali. It is not necessary to use chemicals, and it is not necessary to use a steaming device (high temperature / high pressure device) or energy beam irradiation device that is expensive and requires strict management. By simply selecting and pulverizing from an appropriate pulverizer, the lignin that forms plant cells can be decomposed and damaged, and the cellulose can be easily hydrolyzed by saccharifying enzymes. It is a desirable method because it requires less equipment costs.
そこで、本発明者らは、上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法のうち、リグノセルロース系植物材料を粉砕により前処理した後に糖化酵素で処理する方法について検討を行ったところ、この方法を実用価値のあるものにするためには、工程の簡素化およびエネルギー効率の向上を図りながら、リグノセルロース系植物材料の糖化率をより高くする必要があることが判明した。 Therefore, the present inventors examined a method of treating a lignocellulosic plant material by pulverization and then treating with a saccharifying enzyme among the enzymatic saccharification methods in which the physical pretreatment of (2a) is performed, In order to make this method practical, it has been found that it is necessary to increase the saccharification rate of the lignocellulosic plant material while simplifying the process and improving the energy efficiency.
本発明の目的は、難分解性のリグニンを含有するリグノセルロース系植物材料を粉砕し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料の粉砕物を糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法において、工程の簡素化、エネルギー効率の向上、糖化酵素による糖化作用の促進、処理時間の短縮等の効率化を図りながら、従来よりも糖をより高い収率で得ることのできる方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a saccharification method in which a lignocellulosic plant material containing a hardly degradable lignin is pulverized, and a pulverized product of the lignocellulosic plant material obtained thereby is treated with a saccharifying enzyme to produce sugar. By providing a method that can obtain sugar in a higher yield than conventional methods while simplifying the process, improving energy efficiency, promoting saccharification by saccharifying enzymes, shortening the processing time, etc. is there.
本発明者らは、上記の目的を達成すべく検討を重ねてきた。その結果、リグノセルロース系植物材料に対して、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分並びに水を加えて、それらを特定の割合で含有する固液混合物を調製し、その固液混合物を粉砕処理してリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物とし、それにより得られるリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物を糖化用原料として用いて糖化酵素によって糖化処理すると、リグノセルロース系植物材料を粉砕処理のためにわざわざ乾燥する必要がなくなり、水分を多く含むリグノセルロース系植物材料であってもそのまま粉砕処理に供することができて、エネルギー効率が向上すること、しかも前記したリグノセルロース系植物材料の固液混合物を粉砕して得られるリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物をそのまま用いて糖化処理を行うことができて糖化工程を簡単にできること、その上水分の存在下での粉砕処理によってリグノセルロース系植物材料の細胞壁の破壊および損傷が促進されて、糖化酵素による糖化作用の促進、処理時間の短縮等の効率化を図りながら、糖を高い収率で円滑に得ることができることを見出した。 The present inventors have repeatedly studied to achieve the above object. As a result, to the lignocellulosic plant material, at least one component selected from wheat bran and powder and water are added to prepare a solid-liquid mixture containing them in a specific ratio, and the solid-liquid mixture Is pulverized to give an aqueous pulverized lignocellulosic plant material, and the resulting aqueous pulverized lignocellulosic plant material is used as a raw material for saccharification to saccharify the lignocellulose plant material. It is no longer necessary to dry for the treatment, and even lignocellulosic plant material containing a large amount of water can be used for pulverization as it is, and energy efficiency is improved. Using an aqueous pulverized lignocellulosic plant material obtained by pulverizing a solid-liquid mixture The saccharification process can be simplified and the pulverization process in the presence of moisture promotes the destruction and damage of the cell wall of the lignocellulosic plant material. The present inventors have found that sugar can be smoothly obtained with high yield while improving efficiency such as shortening of processing time.
さらに、本発明者らは、リグノセルロース系植物材料に対して、小麦フスマおよび／または末粉をそのまま直接配合する代わりに、小麦フスマおよび／または末粉の水抽出物並びに水を加えて、小麦フスマおよび／または末粉並びに水を所定の割合で含有するリグノセルロース系植物材料の固液混合物を調製し、その固液混合物を粉砕処理してリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物とし、それにより得られるリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物を糖化原料として用いて糖化酵素によって糖化処理した場合にも、リグノセルロース系植物材料を粉砕処理のためにわざわざ乾燥する必要がなくなり、水分を多く含むリグノセルロース系植物材料であってもそのまま粉砕処理に供することができて、乾燥に要するエネルギーを省けることで、結果としてエネルギー効率が向上すること、しかも前記したリグノセルロース系植物材料の固液混合物を粉砕して得られるリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物をそのまま用いて糖化処理を行うことができて糖化工程を簡単にできること、更に水分の存在下での粉砕処理によってリグノセルロース系植物材料の細胞壁の破壊および損傷が促進されて、糖化酵素による糖化作用の促進、処理時間の短縮等の効率化を図りながら、糖を高い収率で円滑に得ることができることを見出した。 Further, the present inventors added wheat bran and / or powdered water extract and water to the lignocellulosic plant material instead of directly blending wheat bran and / or powdered powder as it was, Preparing a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material containing a specified amount of bran and / or powder and water, and crushing the solid-liquid mixture to form an aqueous pulverized lignocellulosic plant material, thereby Even when the obtained aqueous pulverized lignocellulosic plant material is used as a saccharification raw material and saccharified with a saccharification enzyme, the lignocellulosic plant material does not need to be dried for the pulverization treatment, and the lignocellulose containing a large amount of water. Even cellulosic plant materials can be directly subjected to pulverization, saving energy required for drying As a result, the energy efficiency is improved, and the saccharification treatment can be performed using the aqueous pulverized lignocellulosic plant material obtained by pulverizing the solid-liquid mixture of the above lignocellulosic plant material. The process can be simplified, and the destruction and damage of cell walls of lignocellulosic plant materials are promoted by grinding treatment in the presence of moisture, thereby improving the efficiency of saccharification by saccharifying enzymes and shortening the treatment time. However, the present inventors have found that sugar can be obtained smoothly with a high yield.
また、本発明者らは、前記した糖化方法において、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製、当該固液混合物の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物の糖化酵素による処理のうちの少なくとも１つを、界面活性剤および／またはマンガン塩を更に添加して行うと、リグニンから主として形成されている植物材料の細胞壁の破壊および損傷が一層促進され、また糖化酵素による糖化作用の促進、処理時間の短縮等の効率化を図りながら、糖が一層高い収率で得られることを見出した。
そして、本発明者らは、その際に界面活性剤の添加量は、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して０．５〜５質量部が好ましく、またマンガン塩の添加量はリグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して０．０５〜０．５質量部が好ましいことを見出し、それらの種々の知見に基づいて本発明を完成した。
In the saccharification method described above, the present inventors also prepared a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material, a pulverization treatment of the solid-liquid mixture, and a treatment of an aqueous pulverized lignocellulosic plant material with a saccharifying enzyme. When at least one of the above is further added with a surfactant and / or a manganese salt, the destruction and damage of the cell wall of the plant material mainly formed from lignin is further promoted, and the saccharification action is promoted by saccharifying enzymes. The present inventors have found that sugar can be obtained in a higher yield while improving efficiency such as shortening of processing time.
And the present inventors have preferable that the addition amount of surfactant is 0.5-5 mass parts with respect to 100 mass parts (dry matter conversion) of lignocellulosic plant material in that case, and the addition amount of manganese salt Found that 0.05 to 0.5 parts by mass is preferable with respect to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter), and completed the present invention based on these various findings.
すなわち、本発明は、
（１） リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して小麦フスマおよび／または末粉を１〜２０質量部（乾物換算）の割合で混合したものに対し、加水を行って、固形分の含有量が５〜１５質量％の固液混合物を調製し、当該固液混合物を粉砕処理してリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物とし、当該リグノセルロース系植物材料の水性粉砕物を糖化酵素で処理して糖を製造することを特徴とするリグノセルロース系植物材料の糖化方法である。
That is, the present invention
(1) Water is added to a mixture of wheat bran and / or powder at a ratio of 1 to 20 parts by weight (in terms of dry matter) to 100 parts by weight (in terms of dry matter) of lignocellulosic plant material. A solid-liquid mixture having a content of 5 to 15% by mass is prepared, the solid-liquid mixture is pulverized to obtain an aqueous pulverized lignocellulose plant material, and the aqueous pulverized lignocellulosic plant material is saccharified. A method for saccharification of lignocellulosic plant material, characterized in that a sugar is produced by treatment with an enzyme.
そして、本発明は、
（２） リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマおよび／または末粉１〜２０質量部（乾物換算）をその５〜４０倍量の水で抽出処理して得られる小麦フスマおよび／または末粉の水抽出物を含有させ、加水するかまたは加水せずに、固形分の含有量が５〜１５質量％の固液混合物を調製し、当該固液混合物を粉砕処理してリグノセルロース植物材料の水性粉砕物とし、当該リグノセルロース植物材料の水性粉砕物を糖化酵素で処理して糖を製造することを特徴とするリグノセルロース植物材料の糖化方法である。
And this invention,
(2) For 100 parts by weight of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter), extract 1 to 20 parts by weight of wheat bran and / or powder (in terms of dry matter) with 5 to 40 times the amount of water. A solid-liquid mixture having a solid content of 5 to 15% by mass with or without water addition, and pulverizing the solid-liquid mixture. A method for saccharification of a lignocellulose plant material, which comprises treating the lignocellulose plant material with an aqueous pulverized product and treating the aqueous pulverized lignocellulose plant material with a saccharifying enzyme to produce sugar.
さらに、本発明は、
（３） リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製、当該固液混合物の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物の糖化酵素による処理の少なくとも１つを、界面活性剤および／またはマンガン塩を更に添加して行う前記（１）または（２）の糖化方法；および、
（４） リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、界面活性剤を０．５〜５質量部および／またはマンガン塩を０．０５〜０．５質量部の割合で添加する前記（３）の糖化方法；
である。
Furthermore, the present invention provides
(3) At least one of preparation of a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material, pulverization treatment of the solid-liquid mixture, and treatment of an aqueous pulverization product of lignocellulosic plant material with a saccharifying enzyme, surfactant and / or manganese The saccharification method of the above (1) or (2), which is carried out by further adding a salt;
(4) 0.5 to 5 parts by mass of surfactant and / or 0.05 to 0.5 parts by mass of manganese salt are added to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter). (3) the saccharification method;
It is.
本発明による場合は、糖化のための原料であるリグノセルロース系植物材料を乾燥する必要がなく、湿ったリグノセルロース系植物材料であってもそのまま用いて、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製、当該固液混合物の湿式粉砕処理、そしてそれにより得られる粉砕物（水性粉砕物）を用いての糖化酵素による糖化処理を行うことができるので、リグノセルロース系植物材料を乾燥するために余分のエネルギーが要らず、結果としてエネルギー効率の向上を図りながらリグノセルロース系植物材料を糖化することができる。 In the case of the present invention, it is not necessary to dry the lignocellulosic plant material, which is a raw material for saccharification, and the wet lignocellulosic plant material can be used as it is, and the solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material can be used. Preparation, wet pulverization treatment of the solid-liquid mixture, and saccharification treatment with a saccharification enzyme using the pulverized product (aqueous pulverized product) obtained thereby can be performed, so extra lignocellulosic plant material is dried to dry. Therefore, lignocellulosic plant material can be saccharified while improving energy efficiency.
更に、本発明による場合は、リグノセルロース系植物材料に対して入手の容易な小麦フスマおよび／または末粉と共に水を特定の割合で含有するリグノセルロース系植物材料の固液混合物を用いるか、或いはリグノセルロース系植物材料に対して小麦フスマおよび／または末粉の水抽出物を特定の割合で含有し且つ特定の水分含量を有するリグノセルロース系植物材料の固液混合物を粉砕処理することで、リグニンから主として形成されている植物材料の細胞壁の破壊（分解）および損傷が促進され、該粉砕処理により得られたリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物を糖化酵素で処理したときに、糖化酵素による糖化作用の促進、処理時間の短縮等の効率化を図りながら、従来よりも糖を高い収率で得ることができる。
本発明において、前記したリグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製、当該固液混合物の粉砕処理およびそれにより得られるリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物の糖化酵素による糖化処理の少なくとも１つを、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して行った場合には、糖を一層高い収率で得ることができる。
Furthermore, in the case of the present invention, a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material containing water in a specific ratio together with wheat bran and / or powder that is easily available for lignocellulosic plant material is used, or By pulverizing a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material containing a specific ratio of wheat bran and / or powdered water extract to lignocellulosic plant material and having a specific moisture content, lignin When the aqueous pulverized product of lignocellulosic plant material obtained by the pulverization treatment is treated with a saccharifying enzyme, the saccharification by the saccharifying enzyme is accelerated. A sugar can be obtained in a higher yield than before, while improving efficiency such as promoting action and shortening the treatment time.
In the present invention, at least one of the preparation of the solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material, the pulverization treatment of the solid-liquid mixture, and the saccharification treatment of the aqueous pulverized product of the lignocellulosic plant material obtained by the saccharification enzyme is performed. When at least one component selected from a surfactant and a manganese salt is further added, sugar can be obtained in a higher yield.
本発明による場合は、リグノセルロース系植物材料を粉砕という機械的方法で処理した後に糖化酵素で処理して糖化するので、酸、アルカリなどの化学薬品を使用してリグノセルロース系植物材料を前処理した後に糖化酵素で糖化する方法におけるような前処理に用いた化学薬品の中和処理や除去処理、化学薬品の中和処理によって生じた中和廃棄物の処理やそれによる環境汚染の問題がなく、またリグノセルロース系植物材料を蒸煮装置（高温・高圧装置）やエネルギー線照射装置を使用して前処理した後に糖化酵素で処理して糖化する方法におけるような高価な前処理装置の設置や、厳密な工程管理の必要がなく、従来汎用の粉砕装置のうちから適当な粉砕装置を選択使用して粉砕することで、植物の細胞を形成するリグニンを円滑に分解（破壊）、損傷させることができ、それによってリグノセルロース系植物材料から糖を高い収率で円滑に得ることができる。 In the case of the present invention, the lignocellulosic plant material is treated with a saccharifying enzyme after being treated by a mechanical method called pulverization, so that the lignocellulosic plant material is pretreated using chemicals such as acid and alkali. After that, there is no problem of neutralization treatment or removal treatment of chemicals used for pretreatment as in the method of saccharification with saccharification enzyme, treatment of neutralization waste generated by chemical neutralization treatment and environmental pollution caused by it In addition, the pretreatment of lignocellulosic plant material using a steaming device (high-temperature / high-pressure device) or energy beam irradiation device and then treatment with a saccharifying enzyme to saccharify it, There is no need for strict process control, and lignin that forms plant cells can be smoothly separated by selecting and pulverizing a suitable pulverizer among conventional pulverizers. (Destruction) can be damaged, thereby obtained from lignocellulosic plant material smoothly sugar in a high yield.
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明で用いるリグノセルロース系植物材料は、リグニンおよびセルロースを主体成分とする植物材料であればいずれでもよい。
本発明で用いるリグノセルロース系植物材料としては、例えば、木質系材料（木の幹、枝、根、木の葉など）、草本系材料（稲、麦、トウモロコシ、サトウキビ、豆類などの作物や雑草の茎や葉、刈草など）を挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
The present invention is described in detail below.
The lignocellulosic plant material used in the present invention may be any plant material mainly composed of lignin and cellulose.
Examples of the lignocellulosic plant material used in the present invention include woody materials (tree trunks, branches, roots, leaves, etc.), herbaceous materials (rice, wheat, corn, sugarcane, beans, etc.) and weed stalks. And one or more of these can be used.
リグノセルロース系植物材料は、湿っていてもまたは乾燥していてもいずれでもよく、粉砕のために特に乾燥する必要はない。
また、リグノセルロース系植物材料は、粉砕を容易にするために、予め５ｃｍ以下、更には２ｃｍ以下、特に１ｃｍ以下の寸法のチップなどにしておくことが好ましい。
The lignocellulosic plant material may be either wet or dry and does not need to be specifically dried for grinding.
The lignocellulosic plant material is preferably preliminarily formed into chips having a size of 5 cm or less, more preferably 2 cm or less, particularly 1 cm or less in order to facilitate pulverization.
リグノセルロース系植物材料は、通常、植物を構成する細胞壁や細胞間層にリグニンを多量に含み、リグニンを多く含む細胞壁の内側にセルロースの多い層が存在する。植物細胞の細胞壁や細胞間層に多量に含まれるリグニンは難分解性であり、リグノセルロース系植物材料をそのまま糖化酵素で処理しても細胞壁内のセルロースにまで糖化酵素が到達しにくく、糖への分解が行われにくい。
本発明では、リグノセルロース系植物材料を湿式粉砕処理することで、リグニンを多量に含む細胞壁や細胞間層に破壊、分解、損傷などを生じさせて、細胞壁に穴をあけたり、細胞壁内のセルロース層を露出させることにより、次の糖化酵素による糖化処理が行われ易くする。
Lignocellulosic plant materials usually contain a large amount of lignin in the cell walls and intercellular layers constituting the plant, and a cellulose-rich layer exists inside the cell wall containing a large amount of lignin. Lignin contained in large amounts in the cell walls and intercellular layers of plant cells is hardly degradable, and even if lignocellulosic plant material is treated with saccharifying enzymes as they are, it is difficult for saccharifying enzymes to reach the cellulose in the cell walls. Is difficult to disassemble.
In the present invention, the lignocellulosic plant material is wet pulverized to cause destruction, decomposition, damage, etc. in the cell wall and intercellular layer containing a large amount of lignin, and the cell wall is perforated, or cellulose in the cell wall By exposing the layer, the saccharification treatment with the next saccharifying enzyme is facilitated.
本発明では、リグノセルロース系植物材料の湿式粉砕処理は、
（Ａ） リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して小麦フスマおよび／または末粉を１〜２０質量部（乾物換算）の割合で混合したものに対し、加水を行って、固形分の含有量が５〜１５質量％（水の含有量が９５〜８５質量％）の固液混合物を調製し、当該固液混合物を粉砕処理する方法［以下これを「粉砕方法（Ａ）」ということがある］；および、
（Ｂ） リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマおよび／または末粉１〜２０質量部（乾物換算）をその５〜４０倍量の水で抽出処理して得られる小麦フスマおよび／または末粉の水抽出物を含有させ、加水するかまたは加水せずに、固形分の含有量が５〜１５質量％（水の含有量が９５〜８５質量％）の固液混合物を調製し、当該固液混合物を粉砕処理する方法［以下これを「粉砕方法（Ｂ）」ということがある］；
のいずれかの方法によって行う。
粉砕方法（Ａ）および粉砕方法（Ｂ）では、小麦フスマおよび末粉の一方のみを用いてもよいし、または両方を併用してもよい。そのうちでも、小麦フスマを用いることが、コスト、入手容易性などの点から好ましい。
なお、本明細書における「固液混合物における固形分の含有量」とは、当該固液混合物に含まれる水分を除いた全成分の含有量、すなわち水不溶性成分および水溶性成分の合計含有量をいう。当該固形分の含有量は、例えば固液混合物を１０５℃で５時間乾燥した残渣を計量することにより求めることができる。
In the present invention, the wet pulverization treatment of lignocellulosic plant material,
(A) Water is added to a mixture of wheat bran and / or powder at a rate of 1 to 20 parts by mass (in terms of dry matter) with respect to 100 parts by mass (in terms of dry matter) of lignocellulosic plant material. A method of preparing a solid-liquid mixture having a content of 5 to 15% by mass (water content of 95 to 85% by mass) and pulverizing the solid-liquid mixture [hereinafter referred to as “Crushing Method (A)” And sometimes]; and
(B) For 100 parts by weight of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter), 1 to 20 parts by weight of wheat bran and / or powder (in terms of dry matter) are extracted with 5 to 40 times the amount of water. And containing a water extract of wheat bran and / or powdered powder, with or without water addition, a solid content of 5 to 15% by mass (water content of 95 to 85% by mass) A method of preparing a liquid mixture and pulverizing the solid-liquid mixture [hereinafter, this may be referred to as “pulverization method (B)]];
Do one of the following.
In the pulverization method (A) and the pulverization method (B), only one of wheat bran and powder may be used, or both may be used in combination. Among them, it is preferable to use wheat bran from the viewpoints of cost, availability, and the like.
In the present specification, the “solid content in the solid-liquid mixture” refers to the content of all components excluding the water contained in the solid-liquid mixture, that is, the total content of the water-insoluble component and the water-soluble component. Say. The solid content can be determined, for example, by measuring a residue obtained by drying a solid-liquid mixture at 105 ° C. for 5 hours.
上記した粉砕方法（Ａ）では、上記したように、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマおよび／または末粉（以下「小麦フスマおよび／または末粉」を「小麦フスマ等」ということがある）を１〜２０質量部（小麦フスマと末粉の両方を含有する場合は両者の合計）並びに水を９０〜１００質量部の割合で含有するリグノセルロース系植物材料の固液混合物を調製する。
粉砕方法（Ａ）で用いるリグノセルロース系植物材料の固液混合物は、糖化率の向上、コストなどの点から、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマ等を５〜１５質量部の割合で含有することが好ましく、１０〜１５質量部の割合で含有することがより好ましい。
粉砕方法（Ａ）で用いるリグノセルロース系植物材料の固液混合物において、小麦フスマ等の含有量が少なすぎると、糖化率の向上効果が得られなくなり、一方多すぎると、多量に添加した小麦フスマ等の糖化に糖化酵素が多く消費されてしまい、リグノセルロース系植物材料の糖化という本来の目的を損ない易くなる。
In the above pulverization method (A), as described above, wheat bran and / or powder (hereinafter referred to as “wheat bran and / or powder”) is added to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter). Lignocellulosic plant material containing 1 to 20 parts by weight (sometimes referred to as “wheat bran etc.”) (in the case of containing both wheat bran and powder), and 90 to 100 parts by weight of water. A solid-liquid mixture is prepared.
The solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material used in the pulverization method (A) contains 5 parts of wheat bran with respect to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter) in terms of improvement in saccharification rate and cost. It is preferable to contain in the ratio of -15 mass parts, and it is more preferable to contain in the ratio of 10-15 mass parts.
In the solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material used in the pulverization method (A), if the content of wheat bran or the like is too low, the effect of improving the saccharification rate cannot be obtained. As a result, a large amount of saccharification enzyme is consumed for saccharification, and the original purpose of saccharification of lignocellulosic plant material is easily lost.
また、粉砕方法（Ａ）で用いるリグノセルロース植物材料の固液混合物においては、糖化率の向上、エネルギー効率などの点から、リグノセルロース植物材料と小麦フスマおよび／または末粉を含有する固液混合物における固形分の含有量は、通常は５〜１５質量％の範囲であるが、７〜１２質量％が好ましく、９〜１０質量％がより好ましい。
粉砕方法（Ａ）で用いるリグノセルロース植物材料の固液混合物において、水の含有量が少なすぎると糖化率の向上が得られず、８５質量％未満であると十分な糖化率が得られない。また、水の含有量が９５質量％を超えて多いと糖化率は向上するものの、糖化処理して得られる生成物からの糖の回収に要するエネルギー量が多くなり、エネルギー効率が低下する。
Moreover, in the solid-liquid mixture of the lignocellulose plant material used in the pulverization method (A), the solid-liquid mixture containing the lignocellulosic plant material and wheat bran and / or powder from the viewpoint of improving the saccharification rate and energy efficiency. The solid content in is usually in the range of 5 to 15% by mass, preferably 7 to 12% by mass, and more preferably 9 to 10% by mass.
In the solid-liquid mixture of lignocellulose plant material used in the pulverization method (A), if the water content is too small, the saccharification rate cannot be improved, and if it is less than 85% by mass, a sufficient saccharification rate cannot be obtained. In addition, when the water content exceeds 95% by mass, the saccharification rate is improved, but the amount of energy required for recovering sugar from the product obtained by saccharification treatment is increased, and the energy efficiency is lowered.
粉砕方法（Ａ）で用いる固液混合物の調製に用いるリグノセルロース系植物材料が、水分を含有している場合には、加水量を調整して、リグノセルロース系植物材料が元々含有している水分と外部から加える水の合計含有量が、リグノセルロース系植物材料および小麦フスマ等を含有する固液混合物の質量に対して９５〜８５質量％（固形分の含有量が５〜１５質量％）の範囲になるようにする。
そのため、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製に当たっては、固液混合物における固形分の含有量（水の含有量）を上記した範囲内にするために、リグノセルロース系植物材料が元々水分を多く有している場合には外部から加える水の量を少なくし、一方リグノセルロース系植物材料が乾燥していて水分が少ない場合には外部から加える水の量を多くして、リグノセルロース系植物材料の固液混合物における水の含有量（固形分の含有量）を本発明で規定する上記した範囲に調整すればよい。
When the lignocellulosic plant material used for the preparation of the solid-liquid mixture used in the pulverization method (A) contains water, the amount of water is adjusted, and the water originally contained in the lignocellulosic plant material The total content of water added from the outside is 95 to 85% by mass (the solid content is 5 to 15% by mass) with respect to the mass of the solid-liquid mixture containing the lignocellulosic plant material and wheat bran. To be in range.
Therefore, in preparing a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material, in order to bring the solid content (water content) in the solid-liquid mixture within the above range, the lignocellulosic plant material originally has moisture. If there is a lot, the amount of water added from the outside is reduced. On the other hand, if the lignocellulosic plant material is dry and moisture is low, the amount of water added from the outside is increased. What is necessary is just to adjust water content (content of solid content) in the solid-liquid mixture of material to the above-mentioned range prescribed | regulated by this invention.
本明細書において、「リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）」とは、リグノセルロース系植物材料を１３５℃で２時間乾燥したときの質量に基づく１００質量部を意味する。
また、本明細書において、「小麦フスマおよび／または末粉の質量（乾物換算）」は、小麦フスマおよび／または末粉を１３５℃で２時間乾燥したときの質量をいう。
In the present specification, “100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter)” means 100 parts by mass based on the mass when lignocellulosic plant material is dried at 135 ° C. for 2 hours.
In the present specification, “mass of wheat bran and / or powder (in terms of dry matter)” refers to the mass when wheat bran and / or powder is dried at 135 ° C. for 2 hours.
粉砕方法（Ａ）で用いるリグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製方法は特に制限されず、リグノセルロース系植物材料、小麦フスマ等および水が均一に混合している固液混合物を調製し得る方法であればいずれでもよい。一般的には、撹拌手段（例えば撹拌翼、撹拌用スクリューなど）を有する混合装置を用いて、リグノセルロース系植物材料、小麦フスマ等および水を２〜５０℃で、同時にまたは逐次に混合することによってリグノセルロース系植物材料の固液混合物を調製することができる。 The method for preparing the solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material used in the pulverization method (A) is not particularly limited, and a solid-liquid mixture in which the lignocellulosic plant material, wheat bran, etc. and water are uniformly mixed can be prepared. Any method may be used. Generally, lignocellulosic plant material, wheat bran, etc. and water are mixed simultaneously or sequentially at 2 to 50 ° C. using a mixing device having a stirring means (for example, a stirring blade, a stirring screw, etc.). Can be used to prepare a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material.
粉砕方法（Ｂ）は、湿式粉砕処理に供するリグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製に当たって、リグノセルロース系植物材料に小麦フスマ等をそのまま直接配合せずに、小麦フスマ等を水で抽出処理して得られる水抽出物を用いる方法である。
粉砕方法（Ｂ）では、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマおよび／または末粉１〜２０質量部（乾物換算）をその５〜４０倍量の水で抽出処理して得られる小麦フスマおよび／または末粉の水抽出物を含有させ、加水するかまたは加水せずに、固形分の含有量が５〜１５質量％の固液混合物を調製する。
ここで、上記した「リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマおよび／または末粉１〜２０質量部（乾物換算）をその５〜４０倍量の水で抽出処理して得られる小麦フスマおよび／または末粉の水抽出物を含有させ」とは、小麦フスマ等１〜２０質量部に対してその５〜４０倍量（質量倍）の水を加えて抽出処理して得られる、固形物を分離除去した後の水抽出物（水抽出液）の全量（全量に相当する量）を、リグノセルロース系植物材料の固液混合物が、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）当たりに含有していることを意味する。
In the grinding method (B), when preparing a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material to be subjected to wet grinding treatment, the wheat bran is extracted with water without directly blending the wheat bran directly into the lignocellulosic plant material. It is a method using the water extract obtained by this.
In the pulverization method (B), 1 to 20 parts by mass of wheat bran and / or powder (in terms of dry matter) is extracted with 5 to 40 times the amount of water with respect to 100 parts by mass (in terms of dry matter) of lignocellulosic plant material. An aqueous extract of wheat bran and / or powder obtained by the treatment is contained, and a solid-liquid mixture having a solid content of 5 to 15% by mass is prepared with or without water addition.
Here, with respect to 100 parts by mass of the above-mentioned lignocellulosic plant material (in terms of dry matter), 1 to 20 parts by mass of wheat bran and / or powder (in terms of dry matter) is extracted with 5 to 40 times the amount of water. "Wash bran and / or powdered water extract obtained as described above" means that extraction is performed by adding 5 to 40 times the amount (by weight) of water to 1 to 20 parts by weight of wheat bran or the like. The solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material is the total amount of the water extract (water extract) obtained after separating and removing the solid matter (the amount corresponding to the total amount), and the lignocellulosic plant material 100 mass. It means that it is contained per part (in terms of dry matter).
粉砕方法（Ｂ）で用いる固液混合物としては、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、小麦フスマおよび／または末粉をその５〜４０倍量、好ましくはその５〜２０質量倍の水で抽出処理して得られる水抽出液を５〜４００質量部の割合で含有し、且つリグノセルロース系植物材料と小麦フスマおよび／または末粉から得られる水抽出液の混合物に対して、加水してまたは加水せずに、固形分の含有量が５〜１５質量％（水の含有量が９５〜８５質量％）となるように調整した固液混合物が、糖化率の向上、コストなどの点から好ましく用いられる。
粉砕方法（Ｂ）で用いるリグノセルロース系植物材料の固液混合物において、小麦フスマ等の水抽出物の含有量（濃度）が低過ぎると、糖化率の向上効果が得られなくなり、一方多すぎると、コスト高となり、望ましくない。
リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して小麦フスマおよび／または末粉の上記した水抽出液を加えることによって固形分含量が５〜１５質量％（水の含有量が９５〜８５質量％）の範囲にある混合物が得られる場合は、加水せずに当該混合物をそのまま固液混合物として用いることができ、または固形分含量が５〜１５質量％（水の含有量が９５〜８５質量％）という条件から外れないようにして更に加水してもよい。
一方、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して小麦フスマおよび／または末粉の上記した水抽出液を加えたものの固形分含量が１５質量％よりも多い場合（水の含有量が８５質量％よりも少ない場合）は、加水を行って、固形分含量が５〜１５質量％（水の含有量が９５〜８５質量％）の固液混合物にする。
The solid-liquid mixture used in the pulverization method (B) is 5 to 40 times the amount of wheat bran and / or powder, preferably 5 to 20 with respect to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter). Containing a water extract obtained by extraction with 5 times the mass of water in a proportion of 5 to 400 parts by mass, and a mixture of lignocellulosic plant material and water extract obtained from wheat bran and / or powder. The solid-liquid mixture adjusted to have a solid content of 5 to 15% by mass (with a water content of 95 to 85% by mass) with or without water addition improves the saccharification rate, It is preferably used from the viewpoint of cost.
In the solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material used in the pulverization method (B), if the content (concentration) of the water extract such as wheat bran is too low, the effect of improving the saccharification rate cannot be obtained. This is expensive and undesirable.
By adding the above-mentioned water extract of wheat bran and / or powder to 100 parts by mass (converted to dry matter) of lignocellulosic plant material, the solid content is 5 to 15% by mass (water content is 95 to 85). When a mixture in the range of (mass%) is obtained, the mixture can be used as a solid-liquid mixture without adding water, or the solid content is 5 to 15 mass% (water content is 95 to 85). Water may be further added so as not to deviate from the condition of (mass%).
On the other hand, when the above-mentioned water extract of wheat bran and / or powder is added to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter), the solid content is more than 15% by mass (water content Is less than 85% by mass), the mixture is added to form a solid-liquid mixture having a solid content of 5 to 15% by mass (water content is 95 to 85% by mass).
小麦フスマ等の水抽出物の調製に当たっては、一般に小麦フスマ等に対して、その５〜２０質量倍、特に８〜１２質量倍の水を加えて、温度２〜３０℃、特に５〜２０℃の条件下に、５０００〜１５０００ｒｐｍ、特に８０００〜１２０００ｒｐｍの回転速度で、１〜１０分間、特に２〜５分間回転撹拌して小麦フスマ等中の水溶性成分を水中に抽出した後、遠心分離、濾過などによって固形分を分離除去した後の水抽出物（水抽出液）が好ましく用いられる。
小麦フスマ等の水抽出物の調製に当たっては、水だけを用いる代わりに、場合により水と水溶性溶媒（例えばアルコールなど）とを混合した水性液体を用いて行ってもよい。小麦フスマ等の水抽出物の調製を、水と水溶性溶媒を含有する水性液体を用いて行う場合は、リグノセルロース系植物材料の固液混合物における上記した「水の含有量」、小麦フスマ等の水抽出物を調製する際に用いる小麦フスマ等に対する「水の使用割合」などは、「水性液体の含有量」、「水性液体の使用割合」等として取り扱う（読み替える）ものとする。但し、水と水溶性溶媒を含有する水性液体を用いる場合には、水性液体として水の含有割合が５０質量％以上、更には、７０質量％以上、特に８０質量％以上のものを用いることが好ましい。
In preparing an aqueous extract such as wheat bran, generally 5 to 20 times, particularly 8 to 12 times, the water is added to wheat bran and the like, and the temperature is 2 to 30 ° C., particularly 5 to 20 ° C. Under the conditions of 5,000 to 15000 rpm, particularly 8000 to 12000 rpm, 1 to 10 minutes, particularly 2 to 5 minutes while rotating and stirring to extract water-soluble components in wheat bran and the like into water, followed by centrifugation, A water extract (water extract) after separating and removing solids by filtration or the like is preferably used.
In preparing an aqueous extract such as wheat bran, instead of using only water, an aqueous liquid in which water and a water-soluble solvent (for example, alcohol) are mixed in some cases may be used. When preparing an aqueous extract such as wheat bran using an aqueous liquid containing water and a water-soluble solvent, the above-mentioned “water content” in the solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material, wheat bran, etc. The “water use ratio” with respect to the wheat bran and the like used in preparing the water extract is handled as “content of aqueous liquid”, “use ratio of aqueous liquid”, etc. (read). However, when an aqueous liquid containing water and a water-soluble solvent is used, a water content of 50% by mass or more, further 70% by mass or more, particularly 80% by mass or more should be used as the aqueous liquid. preferable.
また、粉砕方法（Ｂ）で用いるリグノセルロース植物材料の固液混合物において、糖化率の向上、エネルギー効率などの点から、リグノセルロース植物材料と小麦フスマおよび／または末粉を含有する固液混合物における固形分の含有量は、通常は５〜１５質量％の範囲であるが、７〜１２質量％が好ましく、９〜１０質量％がより好ましい。
粉砕方法（Ｂ）で用いるリグノセルロース植物材料の固液混合物において、水の含有量が少なすぎると糖化率の向上が得られず、８５質量％未満であると十分な糖化率が得られない。また、水の含有量が９５質量％を超えて多いと糖化率は向上するものの、糖化処理して得られる生成物からの糖の回収に要するエネルギー量が多くなり、エネルギー効率が低下する。
In the solid-liquid mixture of the lignocellulose plant material used in the pulverization method (B), in the solid-liquid mixture containing the lignocellulose plant material and wheat bran and / or powder from the viewpoint of improving the saccharification rate and energy efficiency. The solid content is usually in the range of 5 to 15% by mass, preferably 7 to 12% by mass, and more preferably 9 to 10% by mass.
In the solid-liquid mixture of lignocellulose plant material used in the pulverization method (B), if the water content is too small, the saccharification rate cannot be improved, and if it is less than 85% by mass, a sufficient saccharification rate cannot be obtained. In addition, when the water content exceeds 95% by mass, the saccharification rate is improved, but the amount of energy required for recovering sugar from the product obtained by saccharification treatment is increased, and the energy efficiency is lowered.
粉砕方法（Ｂ）で用いる固液混合物の調製に用いるリグノセルロース系植物材料が、水分を含有している場合には、小麦フスマ等の水抽出物を調製する際の水の量、リグノセルロース系植物材料に加える小麦フスマ等の水抽出物（水抽出液）の量、加水量などを調整して、リグノセルロース系植物材料が元々含有している水分と外部から加える水の合計含有量が、リグノセルロース系植物材料および小麦フスマ等を含有する固液混合物の質量に対して９５〜８５質量％（固形分の含有量が５〜１５質量％）の範囲になるようにする。
そのため、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製に当たっては、固液混合物における水分含量を上記した範囲内にするために、リグノセルロース系植物材料が元々水分を多く有している場合には、水抽出物（水抽出液）として加えられる水および／または外部から更に加えられる水の量を少なくし、一方リグノセルロース系植物材料が乾燥していて水分が少ない場合には水抽出物（水抽出液）として加えられる水および／または外部から加えられる水の量を多くして、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の水分含量を本発明で規定する上記した範囲に調整する。
When the lignocellulosic plant material used for the preparation of the solid-liquid mixture used in the pulverization method (B) contains water, the amount of water when preparing a water extract such as wheat bran, the lignocellulose system Adjusting the amount of water extract (water extract) such as wheat bran added to the plant material, the amount of water added, etc., the total content of water originally contained in the lignocellulosic plant material and water added from the outside, It is made to become the range of 95-85 mass% (solid content is 5-15 mass%) with respect to the mass of the solid-liquid mixture containing a lignocellulosic plant material, wheat bran, etc.
Therefore, in preparing a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material, in order to bring the water content in the solid-liquid mixture within the above-mentioned range, when the lignocellulosic plant material originally has a lot of moisture, Reduce the amount of water added as a water extract (water extract) and / or externally added water, while the lignocellulosic plant material is dry and has a low water content. The water content of the lignocellulosic plant material is adjusted to the above-mentioned range defined in the present invention by increasing the amount of water added as a liquid) and / or from the outside.
粉砕方法（Ｂ）で用いるリグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製方法は特に制限されず、リグノセルロース系植物材料、小麦フスマ等の水抽出物、更に水を加える場合は水が均一に混合している固液混合物を調製し得る方法であればいずれでもよい。一般的には、撹拌手段（例えば撹拌翼、撹拌用スクリューなど）を有する混合装置を用いて、リグノセルロース系植物材料、小麦フスマ等の水抽出物、更に必要に応じて水を２〜５０℃で混合することによってリグノセルロース系植物材料の固液混合物を調製することができる。 The method for preparing the solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material used in the pulverization method (B) is not particularly limited, and water extract such as lignocellulosic plant material and wheat bran, and when water is added, water is mixed uniformly. Any method can be used as long as it can prepare a solid-liquid mixture. In general, using a mixing device having a stirring means (for example, a stirring blade, a stirring screw, etc.), water extract such as lignocellulosic plant material, wheat bran, etc. To obtain a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material.
本発明における粉砕方法（Ａ）および粉砕方法（Ｂ）では、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の粉砕方法および粉砕装置は特に制限されず、上記した方法で調製したリグノセルロース系植物材料の固液混合物を粉砕処理したときに、細かく且つ十分に粉砕されたリグノセルロース系植物材料を含む水性粉砕物が、生産性良く得られる粉砕方法および装置であればいずれも採用可能である。一般的には、剪断応力や圧力がかかる粉砕方法および粉砕装置が、リグノセルロース系植物材料の細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などを効果的に行うことができるので好ましく採用される。リグノセルロース系植物材料の粉砕に好適に用いる粉砕装置としては、例えば、ボールミル、石ウス、ロールミル、ロッドミルなどを挙げることができる。 In the pulverization method (A) and the pulverization method (B) in the present invention, the pulverization method and the pulverization apparatus for the solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material are not particularly limited, and the solidification of the lignocellulosic plant material prepared by the above-described method is not limited. Any pulverization method and apparatus can be employed as long as an aqueous pulverized product containing a lignocellulosic plant material finely and sufficiently pulverized can be obtained with good productivity when the liquid mixture is pulverized. In general, a pulverization method and a pulverization apparatus to which shear stress or pressure is applied are preferably employed because they can effectively destroy, decompose, damage, etc. the cell walls and intercellular layers of the lignocellulosic plant material. Examples of the pulverizing apparatus suitably used for pulverizing lignocellulosic plant materials include a ball mill, a stone, a roll mill, and a rod mill.
粉砕方法（Ａ）および粉砕方法（Ｂ）において、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の粉砕処理は、水性粉砕物中に含まれるリグノセルロース系植物材料の粉砕物の平均粒径が５００μｍ以下、更には２００μｍ以下、特に１００μｍ以下になるようにして行うことが好ましい。粉砕後のリグノセルロース系植物材料の平均粒径が大きすぎると、リグノセルロース系植物材料の細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などが不十分で、次の糖化酵素による処理が十分に行われにくくなる。粉砕後のリグノセルロース系植物材料の平均粒径の下限値は特に制限されないが、あまり小さすぎると、粉砕に長い時間や高いコストを要するため、平均粒径が１０μｍ以上であることが好ましい。 In the pulverization method (A) and the pulverization method (B), the pulverization treatment of the solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material has an average particle size of the pulverized product of the lignocellulosic plant material contained in the aqueous pulverized product of 500 μm or less, Furthermore, it is preferable to carry out so that it may become 200 micrometers or less, especially 100 micrometers or less. If the average particle size of the lignocellulosic plant material after pulverization is too large, the cell walls and intercellular layers of the lignocellulosic plant material will not be destroyed, decomposed, or damaged, and the treatment with the next saccharifying enzyme will be sufficient. It becomes hard to be broken. The lower limit of the average particle size of the lignocellulosic plant material after pulverization is not particularly limited, but if it is too small, it takes a long time and high cost for pulverization, so the average particle size is preferably 10 μm or more.
上記した粉砕方法（Ａ）または粉砕方法（Ｂ）によって得られるリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物を、糖化酵素によって糖化処理して、リグノセルロース系植物材料を糖化する。
リグノセルロース系植物材料の水性粉砕物の糖化酵素による糖化処理は、リグノセルロース系植物材料に糖化酵素を作用させて糖を製造する従来既知の糖化方法と同様にして行うことができる。
リグノセルロース系植物材料の水性粉砕物の糖化処理に用いる糖化酵素としては、リグノセルロース系植物材料の糖化処理で従来から用いられているのと同様の糖化酵素を用いることができ、その代表例としてはセルラーゼ、ヘミセルラーゼなどを挙げることができ、これらの酵素の混合物が好ましく用いられる。
糖化酵素は、既に色々市販されており、具体例としては、例えば、ヤクルト薬品工業社製「オノズカ」、明治製菓社製「メイセラーゼ」などを挙げることができ、市販のものを購入して使用することができる。市販の糖化酵素は、一般にセルラーゼおよびヘミセルラーゼの両方を含んでいるものが多い。
The aqueous pulverized product of lignocellulose plant material obtained by the above pulverization method (A) or pulverization method (B) is saccharified with a saccharifying enzyme to saccharify the lignocellulose plant material.
The saccharification treatment of the aqueous pulverized product of lignocellulosic plant material with a saccharification enzyme can be carried out in the same manner as a conventionally known saccharification method in which a saccharification enzyme is allowed to act on a lignocellulose plant material.
As the saccharification enzyme used for the saccharification treatment of the aqueous pulverized product of lignocellulosic plant material, the same saccharification enzyme conventionally used in the saccharification treatment of lignocellulose plant material can be used. May include cellulase, hemicellulase and the like, and a mixture of these enzymes is preferably used.
Various saccharifying enzymes are already commercially available. Specific examples include, for example, “Onozuka” manufactured by Yakult Pharmaceutical Co., Ltd., “Meiselase” manufactured by Meiji Seika Co., Ltd., and commercially available products are purchased and used. be able to. Many commercially available saccharifying enzymes generally contain both cellulase and hemicellulase.
糖化酵素の使用量は、糖化処理時の処理条件、リグノセルロース系植物材料の種類、リグノセルロース系植物材料の水性粉砕物中におけるリグノセルロース系植物材料粉砕物の粒径、セルロース含量などに応じて異なり得るが、一般的には水性粉砕物中に含まれるリグノセルロース系植物材料粉砕物（乾物換算）１ｇに対して、１０００ユニット以下、更には１０〜５００ユニット、特に１００〜３００ユニットであることが、糖化を円滑に行う点から好ましい。
なお、本明細書におけるセルラーゼの「ユニット」とは、ＦＰＵ（Ｆｉｌｔｅｒ Ｐａｐｅｒ Ｕｎｉｔ）のことであり、１ＦＰＵ＝１μｍｏｌ Ｇｌｕｃｏｓｅ／ｍｉｎで規定される。
The amount of saccharifying enzyme used depends on the treatment conditions during saccharification, the type of lignocellulosic plant material, the particle size of the pulverized lignocellulosic plant material in the aqueous pulverized lignocellulosic plant material, the cellulose content, etc. Generally, it is 1000 units or less, further 10 to 500 units, especially 100 to 300 units, with respect to 1 g of lignocellulosic plant material pulverized product (in dry matter) contained in the aqueous pulverized product. Is preferable from the viewpoint of smooth saccharification.
In addition, the “unit” of the cellulase in this specification is FPU (Filter Paper Unit), and is defined by 1 FPU = 1 μmol Glucose / min.
糖化処理は、リグノセルロース系植物材料に糖化酵素を作用させて糖を製造する際に従来から採用されている方法および条件に準じて行うことができる。
限定されるものではないが、例えば、リグノセルロース系植物材料の水性粉砕物を用いてなる糖化処理液における水分含量およびｐＨを調整した後、そこに糖化酵素を前記の割合で添加して、３０〜８０℃の温度で、撹拌下に０．５日〜５日間程度加水分解処理を行うことにより、リグノセルロース系植物材料中に含まれていたセルロースを加水分解させて糖を生成させることができる。
糖化酵素による糖化処理に当たっては、リグノセルロース系植物材料の水性粉砕物に水を加えてリグノセルロース系植物材料の粉砕物（乾物換算）の濃度が０．１〜２０質量％、特に０．５〜１５質量％の水性懸濁液をつくり、そのｐＨを４〜５程度に調整して、糖化酵素を用いて糖化処理を行うことが、糖化の円滑な進行などの点から好ましい。
The saccharification treatment can be carried out according to the methods and conditions conventionally employed when sugar is produced by allowing a saccharifying enzyme to act on lignocellulosic plant material.
Although it is not limited, for example, after adjusting the water content and pH in a saccharification treatment liquid using an aqueous pulverized lignocellulosic plant material, saccharification enzyme is added thereto at the above ratio, and 30 By performing a hydrolysis treatment at a temperature of ˜80 ° C. for about 0.5 to 5 days with stirring, the cellulose contained in the lignocellulosic plant material can be hydrolyzed to generate sugar. .
In the saccharification treatment with a saccharifying enzyme, water is added to the aqueous pulverized product of lignocellulosic plant material, and the concentration of the pulverized product of lignocellulose plant material (in terms of dry matter) is 0.1 to 20% by mass, particularly 0.5 to It is preferable from the viewpoint of smooth progress of saccharification to prepare a 15% by mass aqueous suspension, adjust the pH to about 4 to 5 and perform saccharification using a saccharifying enzyme.
上記した糖化処理によって糖を含む反応液が生成する。これにより得られる糖を含有する反応液は、そのままで又は未反応の反応残渣（固形残渣）を分離して液状のままでアルコール発酵（エタノールの製造）などの次の反応に用いてもよいし、または反応液から固形分（固形残渣）を濾過などの適当な手段で分離除去して水溶液を分取し、その水溶液を乾燥して糖を回収してもよい。回収された糖は、そのままで用いてもよいし、アルコールや他の化合物などの製造原料としても用いてもよい。
上記で得られた糖を含む反応液を用いてアルコール発酵を行う場合は、従来既知の方法と同様にして行うことができ、何ら制限されない。
また、本発明では、必要に応じて、糖化酵素による糖化処理時にアルコール発酵を同時に行うようにしてもよい。
A reaction liquid containing sugar is generated by the above-described saccharification treatment. The reaction solution containing sugar obtained in this manner may be used as it is or in a subsequent reaction such as alcoholic fermentation (production of ethanol) while leaving an unreacted reaction residue (solid residue) in a liquid state. Alternatively, the solid content (solid residue) may be separated and removed from the reaction solution by an appropriate means such as filtration to collect an aqueous solution, and the aqueous solution may be dried to recover the sugar. The recovered sugar may be used as it is, or may be used as a raw material for producing alcohol or other compounds.
When alcohol fermentation is performed using the reaction solution containing sugar obtained above, it can be performed in the same manner as a conventionally known method, and is not limited at all.
Moreover, in this invention, you may make it perform alcohol fermentation simultaneously at the time of the saccharification process by a saccharification enzyme as needed.
上記した一連の工程からなる本発明の糖化方法では、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製、当該固液混合物の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料の水性粉砕物の糖化酵素による処理の少なくとも１つの工程を、界面活性剤およびマンガン塩の一方または両方を更に添加して行うことが、糖化率が高くなる点から好ましい。
特に、リグノセルロース系植物材料の固液混合物の調製および／または固液混合物の粉砕処理の段階に、界面活性剤およびマンガン塩の少なくとも一方、好ましくは両方を添加して、固液混合物の粉砕処理を、界面活性剤およびマンガン塩の少なくとも一方、好ましくは両方の存在下で行なうようにすることが、糖化率が一層高くなるので好ましい。
In the saccharification method of the present invention comprising the series of steps described above, at least the preparation of the solid-liquid mixture of the lignocellulosic plant material, the pulverization treatment of the solid-liquid mixture, and the treatment of the aqueous pulverization product of the lignocellulosic plant material with saccharifying enzyme One step is preferably performed by further adding one or both of a surfactant and a manganese salt from the viewpoint of increasing the saccharification rate.
In particular, at least one of a surfactant and a manganese salt, preferably both, is added to the step of preparing a solid-liquid mixture of lignocellulosic plant material and / or pulverizing the solid-liquid mixture, and then pulverizing the solid-liquid mixture. Is preferably performed in the presence of at least one of a surfactant and a manganese salt, preferably both, since the saccharification rate is further increased.
その際に使用する界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤および非イオン系界面活性剤のいずれもが使用できる。陰イオン系界面活性剤の例としては、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン塩、スルホコハク酸エステル塩などを挙げることができ、陽イオン系界面活性剤の例としては、高級アミンハロゲン酸塩、ハロゲン化アルキルピリジニミウム、第四級アンモニウム系界面活性剤などを挙げることができ、非イオン系界面活性剤の例としては、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリドなどを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
そのうちでも、非イオン系界面活性剤が、他の界面活性剤と併用しやすく、電解質の影響を受けにくいなどの点から好ましく用いられ、その具体例としては、モノラウリル酸ポリオキシエチレンソルビタンなどのポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルを挙げることができる。
As the surfactant used in that case, any of an anionic surfactant, a cationic surfactant and a nonionic surfactant can be used. Examples of anionic surfactants include higher fatty acid alkali salts, alkyl sulfates, alkyl sulfonates, alkyl aryl sulfone salts, sulfosuccinic acid ester salts, etc. Examples of cationic surfactants Can include higher amine halides, alkylpyridinium halides, quaternary ammonium surfactants, and examples of nonionic surfactants include polyethylene glycol alkyl ethers, polyethylene glycol fatty acid esters. , Sorbitan fatty acid ester, fatty acid monoglyceride and the like, and one or more of these can be used.
Among them, nonionic surfactants are preferably used from the viewpoint that they are easily used in combination with other surfactants and are not easily affected by electrolytes, and specific examples thereof include polyoxyethylene sorbitan monolaurate. Mention may be made of polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters.
マンガン塩としては、無機酸のマンガン塩および有機酸のマンガン塩のいずれもが使用でき、具体例としては、硫酸マンガン、塩化マンガンなどの無機酸のマンガン塩、酢酸マンガンなどの有機酸のマンガン塩などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を使用することができる。
そのうちでも、本発明では、硫酸マンガンが、価格、保存性などの点から好ましく用いられる。
As the manganese salt, either a manganese salt of an inorganic acid or a manganese salt of an organic acid can be used. Specific examples include manganese salts of inorganic acids such as manganese sulfate and manganese chloride, and manganese salts of organic acids such as manganese acetate. One or two or more of these can be used.
Among them, in the present invention, manganese sulfate is preferably used from the viewpoints of price and storage stability.
界面活性剤を添加する場合は、界面活性剤の添加量は、糖化率の向上、コストなどの点から、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して、０．５〜５質量部であることが好ましく、１〜３質量部であることがより好ましい。
また、マンガン塩を添加する場合は、マンガン塩の添加量は、糖化率の向上、コストなどの点から、リグノセルロース系植物材料１００質量部（乾物換算）に対して０．０５〜０．５質量部であることが好ましく、０．１〜０．２質量部であることがより好ましい。
界面活性剤およびマンガン塩の添加量が多すぎると、却って糖化反応を妨げることがあるため好ましくない。
In the case of adding a surfactant, the amount of the surfactant added is 0.5 to 5 mass with respect to 100 parts by mass of lignocellulosic plant material (in terms of dry matter) from the viewpoints of improvement in saccharification rate and cost. Part is preferable, and 1 to 3 parts by mass is more preferable.
Moreover, when adding manganese salt, the addition amount of manganese salt is 0.05-0.5 with respect to 100 mass parts (dry matter conversion) of lignocellulosic plant material from points, such as an improvement of a saccharification rate and cost. It is preferable that it is a mass part, and it is more preferable that it is 0.1-0.2 mass part.
If the addition amount of the surfactant and the manganese salt is too large, the saccharification reaction may be hindered.
本発明において、リグノセルロース系植物材料の糖化率が向上する理由は明確ではないが、以下のように推測される。
すなわち、小麦フスマ等に含まれる何らかの活性成分および／または界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分が、リグノセルロース系植物材料の粉砕時および／または糖化時、特に粉砕時に、リグノセルロース系植物材料中のリグニンなどの難分解性成分に直接作用して、該難分解成分を多く含む細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などを促進し、また糖化反応時にも小麦フスマ等に含まれる何らかの活性成分および／または界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分が粉砕によって分解、損傷などを受けた細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などを更に促進することによって、糖化酵素が細胞壁内に存在するセルロース層に到達し易くなって、糖化率が向上するものと推測される。
In the present invention, the reason why the saccharification rate of the lignocellulosic plant material is improved is not clear, but is estimated as follows.
That is, at least one component selected from active ingredients and / or surfactants and manganese salts contained in wheat bran or the like is lignocellulose at the time of pulverization and / or saccharification of lignocellulosic plant material, particularly at the time of pulverization. It acts directly on refractory components such as lignin in plant-based plant materials to promote the destruction, decomposition, damage, etc. of cell walls and intercellular layers containing a large amount of the refractory components, and also to wheat bran during saccharification reaction By further promoting the destruction, decomposition, damage, etc. of cell walls and intercellular layers that have been decomposed or damaged by grinding, with some active ingredients contained and / or at least one component selected from surfactants and manganese salts It is presumed that the saccharification enzyme easily reaches the cellulose layer present in the cell wall and the saccharification rate is improved.
以下に実施例などにより本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のものに限定されない。
以下の実施例および比較例で用いた杉チップ中の水分含量は次のようにして測定した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples below.
The water content in the cedar chips used in the following examples and comparative examples was measured as follows.
［杉チップおよび小麦フスマ中の水分含量の測定］
杉チップまたは小麦フスマのＷ0（ｇ）を採取して、温度１３５℃の加熱炉に入れて、質量の減少がなくなって一定の質量になるまで加熱乾燥して（約２時間加熱）、そのときの質量（Ｗ1）（ｇ）を測定し、下記の数式（１）により杉チップまたは小麦フスマ中の水分含量を求めた。
杉チップ又は小麦フスマの水分含量(質量％)＝｛（Ｗ0−Ｗ1)／Ｗ0｝×１００ （１）
[Measurement of water content in cedar chips and wheat bran]
Take W 0 (g) of cedar chips or wheat bran, put it in a heating furnace at a temperature of 135 ° C., and heat-dry it until it loses its mass and reaches a constant mass (heat for about 2 hours). The mass (W 1 ) (g) was measured, and the water content in the cedar chips or wheat bran was determined by the following mathematical formula (1).
Water content (mass%) of cedar chips or wheat bran = {(W 0 −W 1 ) / W 0 } × 100 (1)
《実施例１〜４および比較例１》
（１） ボールミル（ＦＲＩＴＳＨ社製「Ｐ−５型」）にアルミナ製ボール（径２ｃｍ）１５個を入れ、ボールミルを静止した状態で、杉チップ（水分含量６質量％、径約１ｃｍ）４ｇと、小麦フスマ（水分含量１０質量％）（日清製粉株式会社製）、界面活性剤［関東化学社製「ＴＷＥＥＮ２０」（モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタンよりなる非イオン系界面活性剤）］および硫酸マンガンを下記の表１に示す量で添加した後、水を加えて（乾燥処理を施していない杉チップ１００質量部に対して水１２００質量部を配合）、杉チップの固液混合物をそれぞれ調製した。
なお、実施例１〜４および比較例１では、この（１)の工程で得られた杉チップの固液混合物における水の含有量は、固液混合物の全質量に基づいて９１質量％であった。
（２） 次いで、ボールミルを稼働させて、３００ｒｐｍの条件下で、ボールミル内の固液混合物を１時間粉砕処理して、杉チップの水性粉砕物をそれぞれ調製した。
<< Examples 1-4 and Comparative Example 1 >>
(1) Put 15 alumina balls (diameter 2 cm) in a ball mill (FRITSH “P-5”), and with the ball mill stationary, 4 g of cedar chips (water content 6 mass%, diameter 1 cm) , Wheat bran (moisture content 10 mass%) (manufactured by Nisshin Flour Milling Co., Ltd.), surfactant [manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. “TWEEN 20” (nonionic surfactant made of polyoxyethylene sorbitan monolaurate)] and manganese sulfate Was added in the amount shown in Table 1 below, and then water was added (mixed with 1200 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of cedar chips not subjected to drying treatment) to prepare solid-liquid mixtures of cedar chips. .
In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the water content in the solid-liquid mixture of cedar chips obtained in the step (1) was 91% by mass based on the total mass of the solid-liquid mixture. It was.
(2) Next, the ball mill was operated, and the solid-liquid mixture in the ball mill was pulverized for 1 hour under the condition of 300 rpm to prepare aqueous pulverized cedar chips.
（３） 上記（２）で得られた杉チップの水性粉砕物５ｇ（杉チップ粉砕物の乾物質量で４５０ｍｇ）を反応容器に入れ、そこにＢｒｉｔｔｏｎ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ緩衝液（ｐＨ４．５）を加えて、液のｐＨを４．５に調整すると共に液中の杉チップ粉砕物の濃度（杉チップでの乾物換算）を１質量％に調整し、杉チップ粉砕物１ｇ（乾物換算）当たりにつき糖化酵素（ヤクルト薬品工業株式会社製「オノズカ Ｐ−１５００」）の３６０Ｕ（ユニット）を添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。
（４） 上記（３）で得られた酵素反応液について、以下の数式（２）により糖化率を求めた。
糖化率(％)＝１００−（Ｗ3／Ｗ2）×１００ （２）
式中、
Ｗ2＝糖化処理に供した杉チップの乾物量＝Ａ0−Ｂ0−Ｃ−Ｄ−Ｅ
Ｗ3＝糖化処理後の杉チップの乾物残渣量＝Ａ1−Ｂ1
Ａ0＝糖化に供した試料（固液混合物）の質量
Ｂ0＝添加した小麦フスマの乾物質量
Ａ1＝糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量
Ｂ1＝糖化処理後の乾燥固形残渣中に含まれる小麦フスマ由来の乾燥固形残渣の質量
Ｃ＝糖化に供した試料（固液混合物）の水分値から求められる水の質量
Ｄ＝添加した硫酸マンガンの乾物質量
Ｅ＝添加した界面活性剤の乾物質量
(3) Put 5 g of aqueous cedar chips (450 mg as dry matter of cedar chips) obtained in (2) above into a reaction vessel and add Britton-Robinson buffer (pH 4.5) to it. The pH of the liquid was adjusted to 4.5, and the concentration of cedar chip pulverized material (converted to dry matter in cedar chips) in the liquid was adjusted to 1% by mass. After adding 360 U (unit) of (Yakult Pharmaceutical Co., Ltd. “Onozuka P-1500”), the enzyme reaction was carried out by shaking at 40 ° C. for 45 hours.
(4) About the enzyme reaction liquid obtained by said (3), the saccharification rate was calculated | required by the following Numerical formula (2).
Saccharification rate (%) = 100− (W 3 / W 2 ) × 100 (2)
Where
W 2 = Dry matter amount of cedar chips subjected to saccharification treatment = A 0 -B 0 -C-D-E
W 3 = Dry matter residue amount of cedar chips after saccharification treatment = A 1 −B 1
A 0 = Mass of sample (solid-liquid mixture) subjected to saccharification B 0 = Amount of dry matter of added wheat bran A 1 = Mass after drying of solid residue after saccharification treatment B 1 = Dry solid residue after saccharification treatment Mass of dry solid residue derived from wheat bran contained in C = Mass of water determined from moisture value of sample (solid-liquid mixture) subjected to saccharification D = Dry matter amount of added manganese sulfate E = Of added surfactant Dry matter
ここで、上記の数式（２）において、Ｂ0（添加した小麦フスマの乾物質量）、Ｄ（添加した硫酸マンガンの乾物質量）およびＥ（添加した界面活性剤の乾物質量）は、小麦フスマ、硫酸マンガンまたは界面活性剤のそれぞれを１３５℃で２時間加熱乾燥したときのそれぞれの試料の質量である。
また、Ａ1（糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量）は、上記（３）で得られた、糖化物を含む反応液を濾過して分離し、固形残渣を１３５℃で２時間乾燥してその質量（ｍｇ）を測定してＡ1とした。
Here, in the above formula (2), B 0 (the dry matter amount of added wheat bran), D (the dry matter amount of added manganese sulfate) and E (the dry matter amount of added surfactant) are wheat bran, This is the mass of each sample when each of manganese sulfate or surfactant is heat-dried at 135 ° C. for 2 hours.
A 1 (mass after drying of the solid residue after saccharification treatment) is separated by filtering the reaction solution containing saccharified product obtained in (3) above, and the solid residue is dried at 135 ° C. for 2 hours. It was a 1 to measure its mass (mg) to.
また、上記式（２）において、Ｂ1は、Ｂ1＝Ｂ0×（１−フスマの糖化率／１００）の式から求めた。その際の「フスマの糖化率」は、フスマ４ｇ、硫酸マンガン０．０８ｇ、界面活性剤０．１２ｇおよび水４７．４ｇを混合して得られる混合物を、ボールミルを用いて１時間粉砕し、それにより得られる粉砕物５ｇを採取して、Ｂｒｉｔｔｏｎ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ緩衝液（ｐＨ４．５）５０ｍｌおよび糖化酵素（ヤクルト薬品工業株式会社製「オノズカ Ｐ−１５００」）の１８０Ｕ（ユニット）／乾物１ｇの割合で添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行って求めた。 In the above formula (2), B 1 is obtained from equation B 1 = B 0 × (1- bran saccharification rate / 100). In this case, the saccharification rate of the bran was determined by grinding a mixture obtained by mixing 4 g of bran, 0.08 g of manganese sulfate, 0.12 g of surfactant and 47.4 g of water with a ball mill for 1 hour. 5 g of the pulverized product obtained by the above is collected, and the ratio of 180 U (unit) / dry matter of 1 g of Britton-Robinson buffer solution (pH 4.5) 50 ml and saccharifying enzyme (“Yonku Pharmaceutical Co., Ltd.“ Onozuka P-1500 ”) is collected. After the addition, the enzyme reaction was performed by shaking at 40 ° C. for 45 hours.
上記（２）において、Ｃを求めるための「水分値」は、水分値（％）＝｛（試料量−乾燥後の試料量）／試料量｝×１００の式から求められる。
例えば、糖化処理に供する試料（固液混合物）の水分含量が９０質量％で、糖化に供した試料（固液混合物）の質量が５ｇであれば、Ｃは４．５ｇとなる。
In the above (2), the “moisture value” for obtaining C is obtained from the equation: moisture value (%) = {(sample amount−sample amount after drying) / sample amount} × 100.
For example, if the moisture content of the sample (solid-liquid mixture) subjected to saccharification is 90% by mass and the mass of the sample (solid-liquid mixture) subjected to saccharification is 5 g, C is 4.5 g.
《実施例５》
実施例４において、界面活性剤および硫酸マンガンを、杉チップの固液混合物の調製時に添加する代わりに、杉チップの固液混合物の粉砕後に添加（杉チップの水性粉砕物の糖化処理の直前に添加）した以外は、実施例４と同様にして杉チップの糖化を行い、実施例４と同様にして糖化率を求めたところ、下記の表１に示すとおりであった。
Example 5
In Example 4, instead of adding the surfactant and manganese sulfate during the preparation of the solid-liquid mixture of cedar chips, it was added after pulverization of the solid-liquid mixture of cedar chips (immediately before the saccharification treatment of the aqueous cedar chip pulverized product). Except for the addition, the cedar chips were saccharified in the same manner as in Example 4, and the saccharification rate was determined in the same manner as in Example 4. The results were as shown in Table 1 below.
上記の表１の結果にみるように、実施例１〜５では杉チップに小麦フスマおよび水を所定の量で配合して杉チップ１００質量部に対する小麦フスマおよび水の含有量が本発明で規定する範囲内の固液混合物を調製するか、或いは前記固液混合物の調製時に更にマンガン塩（硫酸マンガン）および／または界面活性剤を添加した後、それを粉砕処理して水性粉砕物とし、その水性粉砕物を、糖化酵素を用いて糖化処理したことによって、小麦フスマ、マンガン塩および界面活性剤のいずれかを配合せずに、杉チップのみを含有する固液混合物を用いて、粉砕、糖化処理を行った比較例１に比べて、糖化率が高い値であった。
そのうちでも、杉チップに対して、小麦フスマと共にマンガン塩および／または界面活性剤を配合した実施例２〜５、特にマンガン塩（硫酸マンガン）と界面活性剤の両方を配合した実施例４および５では、糖化率が一層高い値であった。
また、実施例４および５の結果から、マンガン塩および界面活性剤を、杉チップ（リグノセルロース系植物材料）に小麦フスマを加えて粉砕する前または粉砕時に添加しておくと、糖化率が一層高くなることが分る。
As can be seen from the results of Table 1 above, in Examples 1 to 5, wheat bran and water are blended in predetermined amounts into cedar chips, and the content of wheat bran and water relative to 100 parts by mass of cedar chips is defined by the present invention. A solid-liquid mixture within the range to be prepared is prepared, or a manganese salt (manganese sulfate) and / or a surfactant is further added during the preparation of the solid-liquid mixture, and then pulverized to obtain an aqueous pulverized product. By saccharifying the aqueous pulverized product using a saccharification enzyme, it is ground and saccharified using a solid-liquid mixture containing only cedar chips without blending any of wheat bran, manganese salt and surfactant. Compared with the comparative example 1 which processed, the saccharification rate was a high value.
Among them, Examples 2 to 5 in which manganese salt and / or a surfactant are blended with cedar chips together with wheat bran, especially Examples 4 and 5 in which both a manganese salt (manganese sulfate) and a surfactant are blended. Then, the saccharification rate was a higher value.
Further, from the results of Examples 4 and 5, it is found that the manganese salt and the surfactant are added to the cedar chips (lignocellulose plant material) before adding wheat bran before pulverization or at the time of pulverization. It turns out that it becomes high.
《実験例》
実施例２の（１）において、杉チップの固液混合物を調製する際の加水量を変えて、以下の表２に示す水分含量を有する固液混合物を調製した以外は、実施例４の（１）〜（３）と同様にして、杉チップの糖化をそれぞれ行い、実施例４と同様にして糖化率を求めたところ、下記の表２に示すとおりであった。
《Experimental example》
In Example 2 (1), except that the amount of water added when preparing the solid-liquid mixture of cedar chips was changed to prepare a solid-liquid mixture having the moisture content shown in Table 2 below, In the same manner as in 1) to (3), cedar chips were saccharified, and the saccharification rate was determined in the same manner as in Example 4. The results were as shown in Table 2 below.
上記の表２の結果にみるように、実験番号４〜８では、杉チップ（乾物換算）、小麦フスマおよびマンガン塩を含む固液混合物の調製に当たって、当該固液混合物の水分含量を８５〜９５質量％（固形分含量が１５〜５質量％）の範囲内に調節し、その固液混合物を粉砕して得られる水性粉砕物を用いて糖化酵素による糖化処理を行ったことにより、高い糖化率が得られている。 As seen in the results of Table 2 above, in Experiment Nos. 4 to 8, in preparing a solid-liquid mixture containing cedar chips (in terms of dry matter), wheat bran and manganese salt, the water content of the solid-liquid mixture is 85 to 95. High saccharification rate due to saccharification with saccharifying enzyme using aqueous pulverized product obtained by adjusting the mass% (solid content 15 to 5% by mass) and pulverizing the solid-liquid mixture Is obtained.
《調製例１》［小麦フスマの水抽出物の調製］
小麦フスマ（水分含量１０質量％）（日清製粉株式会社製）２００ｇに水２０００ｍｌ（２０００ｇ）を加えてホモジナイザーを使用して、温度（水温）４〜２０℃で、回転速度１００００ｒｐｍで３分間撹拌して抽出処理を行った後、遠心分離機を使用して、１００００ｒｐｍで２０分間遠心分離し、液体部分（小麦フスマの水抽出物）の全量を回収した。
<< Preparation Example 1 >> [Preparation of wheat bran aqueous extract]
Wheat bran (moisture content 10% by mass) (Nisshin Flour Milling Co., Ltd.) 200 g was added 2000 ml (2000 g) of water, and a homogenizer was used, and the temperature (water temperature) was 4 to 20 ° C., and the mixture was stirred at a rotational speed of 10,000 rpm for 3 minutes. Then, after performing the extraction treatment, it was centrifuged at 10,000 rpm for 20 minutes using a centrifuge, and the entire amount of the liquid portion (water extract of wheat bran) was recovered.
《実施例６〜９および比較例２》
（１） ボールミル（ＦＲＩＴＳＨ社製「Ｐ−５型」）にアルミナ製ボール（径２ｃｍ）１５個を入れ、ボールミルを静止した状態で、杉チップ（水分含量６質量％、径約１ｃｍ）４ｇと、調製例１で調製した小麦フスマの水抽出物（水抽出液）、界面活性剤［関東化学社製「ＴＷＥＥＮ２０」（モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタンよりなる非イオン系界面活性剤）］、硫酸マンガンおよび水を下記の表３に示す量で加えて、固形分の含有量が９質量％（水分含有量９１質量％）の杉チップの固液混合物をそれぞれ調製した。
（２） 次いで、ボールミルを稼働させて、３００ｒｐｍの条件下で、ボールミル内の固液混合物を１時間粉砕処理して、杉チップの水性粉砕物をそれぞれ調製した。
<< Examples 6 to 9 and Comparative Example 2 >>
(1) Put 15 alumina balls (diameter 2 cm) in a ball mill (FRITSH “P-5”), and with the ball mill stationary, 4 g of cedar chips (water content 6 mass%, diameter 1 cm) , Wheat bran water extract prepared in Preparation Example 1 (water extract), surfactant [manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. “TWEEN 20” (nonionic surfactant made of polyoxyethylene sorbitan monolaurate)], manganese sulfate And water were added in the amounts shown in Table 3 below to prepare solid-liquid mixtures of cedar chips with a solid content of 9% by mass (water content 91% by mass).
(2) Next, the ball mill was operated, and the solid-liquid mixture in the ball mill was pulverized for 1 hour under the condition of 300 rpm to prepare aqueous pulverized cedar chips.
（３） 上記（２）で得られた杉チップの水性粉砕物５ｇ（杉チップ粉砕物の乾物質量で４５０ｍｇ）を反応容器に入れ、そこにＢｒｉｔｔｏｎ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ緩衝液（ｐＨ４．５）を加えて、液のｐＨを４．５に調整すると共に液中の杉チップ粉砕物の濃度（杉チップでの乾物換算）を１質量％に調整し、杉チップ粉砕物１ｇ（乾物換算）当たりにつき糖化酵素（ヤクルト薬品工業株式会社製「オノズカ Ｐ−１５００」）の３６０Ｕ（ユニット）を添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。
（４） 上記（３）で得られた酵素反応液について、以下の数式（４）により糖化率を求めた。
糖化率(％)＝１００−（Ｗ5／Ｗ4）×１００ （４）
式中、
Ｗ4＝糖化処理に供した杉チップの乾物量＝Ａ0−Ｂ2−Ｃ−Ｄ−Ｅ
Ｗ5＝糖化処理後の杉チップの乾物残渣量＝Ａ1
Ａ0＝糖化に供した試料（固液混合物）の質量
Ａ1＝糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量
Ｂ2＝小麦フスマ抽出物（小麦フスマ水抽出液）由来の乾燥固形残渣の質量
Ｃ＝糖化に供した試料（固液混合物）の水分値から求められる水の質量
Ｄ＝添加した硫酸マンガンの乾物質量
Ｅ＝添加した界面活性剤の乾物質量
(3) Put 5 g of aqueous cedar chips (450 mg as dry matter of cedar chips) obtained in (2) above into a reaction vessel and add Britton-Robinson buffer (pH 4.5) to it. The pH of the liquid was adjusted to 4.5, and the concentration of cedar chip pulverized material (converted to dry matter in cedar chips) in the liquid was adjusted to 1% by mass. After adding 360 U (unit) of (Yakult Pharmaceutical Co., Ltd. “Onozuka P-1500”), the enzyme reaction was carried out by shaking at 40 ° C. for 45 hours.
(4) About the enzyme reaction liquid obtained by said (3), the saccharification rate was calculated | required by the following Numerical formula (4).
Saccharification rate (%) = 100− (W 5 / W 4 ) × 100 (4)
Where
W 4 = Dry matter amount of cedar chips subjected to saccharification treatment = A 0 -B 2 -C-D-E
W 5 = Amount of dry matter residue of cedar chips after saccharification treatment = A 1
A 0 = mass of sample subjected to saccharification (solid-liquid mixture) A 1 = mass after drying of solid residue after saccharification treatment B 2 = mass of dry solid residue derived from wheat bran extract (wheat bran water extract) C = Mass of water determined from moisture value of sample (solid-liquid mixture) subjected to saccharification D = Dry matter amount of added manganese sulfate E = Dry matter amount of added surfactant
上記の数式（４）において、Ａ0、Ａ1、Ｃ、ＤおよびＥの内容または求め方は実施例１〜４におけるのと同じである。
また、Ｂ2は、小麦フスマ抽出物（小麦フスマ水抽出液）を１３５℃で２時間乾燥してその質量を測定して求めた。
In the above formula (4), the contents or how to obtain A 0 , A 1 , C, D and E are the same as those in the first to fourth embodiments.
B 2 was obtained by drying a wheat bran extract (wheat bran water extract) at 135 ° C. for 2 hours and measuring its mass.
上記の表３の結果にみるように、実施例６〜９では杉チップに小麦フスマ水抽出物を所定の量で配合して杉チップ１００質量部に対する小麦フスマ水抽出物の含有量および水分含量が本発明で規定する範囲内の固液混合物を調製するか、或いは前記固液混合物の調製時に更にマンガン塩（硫酸マンガン）および／または界面活性剤を添加した後、それを粉砕処理して水性粉砕物とし、その水性粉砕物を、糖化酵素を用いて糖化処理したことによって、小麦フスマ水抽出物、マンガン塩および界面活性剤のいずれを配合せずに、杉チップのみを含有する固液混合物を用いて、粉砕、糖化処理を行った比較例２に比べて、糖化率が高い値であった。
そのうちでも、杉チップに対して、小麦フスマ水抽出物と共にマンガン塩および／または界面活性剤を配合した実施例７〜９、特にマンガン塩（硫酸マンガン）と界面活性剤の両方を配合した実施例９では、糖化率が一層高い値であった。
As can be seen from the results in Table 3 above, in Examples 6 to 9, the wheat bran water extract was blended in a predetermined amount into the cedar chips, and the content and water content of the wheat bran water extract with respect to 100 parts by mass of the cedar chips. Prepare a solid-liquid mixture within the range specified in the present invention, or add a manganese salt (manganese sulfate) and / or a surfactant during the preparation of the solid-liquid mixture, and then pulverize it to form an aqueous solution. A solid-liquid mixture containing only cedar chips without blending any of wheat bran water extract, manganese salt and surfactant by saccharifying the aqueous pulverized product using a saccharifying enzyme. The saccharification rate was higher than that of Comparative Example 2 in which pulverization and saccharification treatment were performed using
Among them, Examples 7 to 9 in which a manganese salt and / or a surfactant are blended with a wheat bran water extract with respect to cedar chips, in particular, examples in which both a manganese salt (manganese sulfate) and a surfactant are blended. In No. 9, the saccharification rate was a higher value.
本発明の方法による場合は、グノセルロース系植物材料を乾燥せずに、湿ったリグノセルロース系植物材料であってもそのまま用いて、エネルギー効率の向上を図りながらリグノセルロース系植物材料を高率で糖化することができ、しかも酸、アルカリなどの化学薬品や、設備コストの高い蒸煮装置（高温・高圧装置）やエネルギー線照射装置を使用することなく、従来汎用の装置を使用して、リグノセルロース系植物材料を簡単に且つ効率よく糖化できるので、リグノセルロース系植物材料からの糖の製造技術として実用性が高く有用である。 In the case of the method of the present invention, the lignocellulosic plant material is used at a high rate while improving the energy efficiency by using the wet lignocellulosic plant material as it is without drying it. Lignocellulose can be saccharified, and without using chemicals such as acids and alkalis, steaming equipment (high temperature / high pressure equipment) and energy beam irradiation equipment with high equipment costs. Since the plant material can be easily and efficiently saccharified, it is highly useful as a technique for producing sugar from lignocellulose plant material.
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