JP5206947B2 - 微細繊維状セルロース系物質及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細繊維状セルロース系物質、微細繊維状セルロース系物質の製造方法及び糖の製造方法に関する。

木材や草木等の植物体の主要な化学成分はセルロース、ヘミセルロース及びリグニン等のセルロース系物質である。セルロース系物質のうち、セルロースとヘミセルロースは糖類が直鎖状又は枝分かれした鎖状に繋がった高分子物質である。

このセルロース系物質は、加水分解により糖に変換されることが知られている。かかる加水分解方法としては、酸加水分解法と酵素加水分解法が挙げられる。

ところが、セルロース系物質を効率よく加水分解することは、容易ではない。
例えば、酸を用いる加水分解においては、分単位の極めて短い時間で反応が進行するものの、発熱が起こるので、反応制御が困難である。
また、たとえ反応制御ができたとしてもセルロース系物質中の成分が過分解や炭化が起きやすいため、十分な収率で糖を得ることができない。

酵素を用いる加水分解においては、セルロース系物質中の成分の過分解は生じないものの、加水分解反応の進行が遅く、４８時間以上必要な場合もある。
また、得られる糖の収率や加水分解速度を向上させるために、酵素を大量に用いる方法も考えられるが、この場合は、コスト高になる欠点がある。

これに対し、セルロース系物質を酵素分解する前に、何らかの処理を行い、リグニンとセルロース及びヘミセルロースとの交絡を解く方法が研究されている。
例えば、木材を微粉砕してから、それを酵素分解する方法（例えば、特許文献１又は２参照）、リグノセルロース含有植物体に酸を加え、マイクロ波で加熱して酸加水分解する方法（例えば、特許文献３参照）、セルロース含有物質を、窒素酸化物を含むジメチルホルムアミド溶液で処理した後、酵素分解する方法（例えば、特許文献４参照）、リグノセルロース系バイオマスを加圧熱水で処理し、機械的粉砕してから酵素分解する方法（例えば、特許文献５参照）等が開示されている。
特開昭５５―９７５８号公報 特開昭６３―１３７６９０号公報 特開昭５９―１４６５９４号公報 特開昭６１―２４２５９１号公報 特開２００６−１３６２６３号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜５に記載の方法では、セルロース系物質を細かくすることはできるものの、リグニンとセルロース及びヘミセルロースとの交絡を十分に解くことはできない。
したがって、上述した特許文献１〜５に記載の方法では、セルロース系物質を加水分解しても、十分な収率で糖を得ることができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、加水分解により、高収率で糖を製造することができる微細繊維状セルロース系物質、並びに、微細繊維状セルロース系物質の製造方法、及び、微細繊維状セルロース系物質を用いた糖の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、セルロース系物質は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンのそれぞれの集合単位がブロックを形成し、それらが混ざり合って、強固なネットワーク構造を形成していることがわかった。
具体的には、セルロースは生体内で生合成直後にその分子鎖が規則正しく自己集合して数ナノメートル幅の結晶性のセルロースミクロフィブリルを形成しており、非晶性のヘミセルロース及びリグニンと共に集合して繊維状となっている。

また、セルロースミクロフィブリルは特定の方向に規則的に並び、細胞壁を形成しており、ヘミセルロース及びリグニンは、セルロースミクロフィブリルの周囲を覆い、又は、セルロースミクロフィブリル間を充填し、接着剤の役割を果たしている。

そして、本発明者等は、これらの事実を踏まえ、更に鋭意検討の結果、セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０００μｍ以下の微細繊維状とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、（１）加水分解による糖化反応に用いられ、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法であって、解繊物質が脂肪酸類である微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（２）加水分解による糖化反応に用いられ、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法であって、解繊物質が水と、脂肪酸類とからなり、脂肪酸類の配合割合が、解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％である微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（３）加水分解による糖化反応に用いられ、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法であって、解繊物質が水と、無機アルカリとからなり、無機アルカリの配合割合が、解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％である微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（４）機械的粉砕が、ボールミル、ロッドミル、ビーズミル、ディスクミル又はミキサで行われる上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（５）機械的粉砕が、バッチ式又は連続式エクストルーダーで行われる上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（６）機械的粉砕が２０〜３５０℃の温度、及び／又は、０．１〜２０ＭＰａの圧力条件下で行われる上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（７）セルロース系物質を予備的に粉砕してチップ状、繊維状又は粉末状の微細セルロース系物質とした後に、解繊物質と混合し、機械的粉砕を行う上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（８）解繊物質の混合割合が、セルロース系物質１質量部に対して、０．０１〜２００質量部である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法に存する。

本発明は、（９）上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法により得られた微細繊維状セルロース系物質に対して、酸加水分解又は酵素加水分解を行うことにより、糖とする糖の製造方法に存する。

なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）〜（９）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。

本発明の微細繊維状セルロース系物質においては、セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０００μｍ以下とすることにより、加水分解（糖化反応）速度が向上し、得られる糖の収率が向上する。
このように、得られる糖の収率が向上する理由については、定かではないが、微細繊維状セルロース系物質を、所定の幅、長さ又はアスペクト比（以下これらを総じて「サイズ」という。）とすることにより、表面積が増大し、酸や酵素が微細繊維状セルロース系物質に付着しやすくなると共に、加水分解できる酵素や酸の反応点が増えるためと考えられる。なお、要因はこれに限定されない。
ここで、上記アスペクト比とは、長辺（長さ）と短辺（幅）との比率を意味する。

上記微細繊維状セルロース系物質においては、上記サイズとすることにより、リグニンとセルロース及びヘミセルロースとの交絡を十分に解くことが可能となる。
したがって、かかる微細繊維状セルロース系物質を加水分解した場合、加水分解が促進され、高収率で糖が得られることになる。

ここで、上記加水分解が酵素加水分解であることが好ましい。
この場合、比較的少量の酵素で十分にセルロース系物質の加水分解ができるので、低コストで糖を得ることができる。
また、酵素加水分解の場合、低温で加水分解させることができるので、過分解物が発生せず、副反応も起こりにくい。

本発明の微細繊維状セルロース系物質が製造方法においては、セルロース系物質を解繊物質と混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、上述した幅が１μｍ以下、長さが５０００μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質が得られる。

このとき、上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロース系物質と解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行うことにより、解繊物質がセルロースのミクロフィブリルの間に進入してこれらの隙間を広げ、同時に組織が破壊され、セルロースミクロフィブリルに付着したヘミセルロース及びリグニンが剥がされる。
これにより、セルロース系物質は、セルロース分子鎖の最小集合単位であるミクロフィブリルにまで解かれることになる。
したがって、上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法によれば、セルロース系物質が加水分解反応に阻害がない固体状態のままで、加水分解反応に最も効率的な純粋な形のセルロースミクロフィブリルまで解繊された微細繊維状セルロース系物質が得られる。

さらに、上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロースミクロフィブリルが集合して形成されているセルロース系物質の束が解れて１つ１つのセルロースミクロフィブリルになるため、得られる微細繊維状セルロース系物質はセルロース系物質独自の結晶性が維持される。すなわち、表面や内部のセルロース分子は分子鎖配列・配向の乱れや化学的な変性をほとんど受けていない結晶性を有するセルロースミクロフィブリルが得られる。
したがって、上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法によれば、結晶性が高いセルロースであっても、加水分解反応が進行しやすい微細繊維状セルロース系物質が得られる。特に、加水分解が酵素加水分解の場合、セルロースミクロフィブリル表面が強い変性を受けていないので、酵素の基質特異性を阻害することなく容易に加水分解が進行する。

さらにまた、上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロース系物質を解繊されたセルロースミクロフィブリルとするので、得られる微細繊維状セルロース系物質は、硫酸等の強い化学薬品や高圧高温熱水のように厳しい条件下で加水分解を行わなくてもよい。
このため、反応制御が容易であり、過分解物を生成させることなく、かつ多大な粉砕エネルギーを投入することなく微細繊維状セルロース系物質を効率的に糖とすることができる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロース系物質が植物（藻類も含む）由来であり、セルロース系物質の形状がチップ状、繊維状又は粉末状であると、機械的粉砕をする前に、植物組織が部分的に破壊されるので、比較的短時間で効率よく微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、上記機械的粉砕が、ボールミル、ロッドミル、ビーズミル、ディスクミル又はミキサで行われることで、比較的容易に微細繊維状セルロース系物質を製造できる。
また、得られる微細繊維状セルロース系物質のサイズのバラツキが小さくなる。そうすると、加水分解反応が進行しやすくなる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、上記機械的粉砕が、バッチ式又は連続式エクストルーダーで行われることで、より短時間で効率よく微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、上記機械的粉砕が２０〜３５０℃の温度、及び／又は、０．１〜２０ＭＰａの圧力条件下、で行われることで、より短時間で効率よく微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロース系物質を予備的に粉砕して微細セルロース系物質とした後に、解繊物質と混合し、機械的粉砕を行うと、アスペクト比が小さくなったスラリー状の微細繊維状セルロース系物質が得られる。
かかる微細繊維状セルロース系物質は、流動性が高く、ポンプでの輸送等が容易であり、取扱い性に優れる。
また、流動性が高くなると、加水分解が進行しやすくなる。なお、従来のセルロース系物質においては、スラリーの粘度が高くなり流動性が低下しやすい傾向にある。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、解繊物質の混合割合が、セルロース系物質１質量部に対して、０．０１〜２００質量部であると、確実にセルロース系物質を機械的粉砕し、所定形状の微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

本発明の糖の製造方法は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質、及び、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質、に酵素を混合させ、機械的粉砕により、セルロース系物質から一度に糖を高収率で得ることができる。
また、上記糖の製造方法においては、セルロール系物質の微細繊維化によりヘミセルロース及びリグニンが剥がされて、セルロースミクロフィブリルが表面に現われ、これに酵素が接近・吸着して微細繊維状セルロース系物質を加水分解する。
そして、加水分解によりセルロースミクロフィブリルに新たな隙間が形成され、そこに解繊物質が入り込み、更に、解繊が進む。
このように、上記糖の製造方法によれば、解繊と酵素加水分解を同時に行うことによって、互いの相乗効果が認められる。

本発明の糖の製造方法は、上述した微細繊維状セルロース系物質を用いて、酸加水分解又は酵素加水分解を行うので、高収率で糖を製造することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る微細繊維状セルロース系物質は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース物質からなり、微細な繊維状となっている。

ここで、本実施形態において、セルロース系物質とは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含む混合物を意味する。
かかるセルロース系物質は、木材、草木、農産物、綿花等の植物等から得られる。

微細繊維状セルロース系物質は、幅が１μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下、更に好ましくは３〜５ｎｍであり、長さが５０００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。

微細繊維状セルロース系物質においては、サイズを上記範囲内とすることにより、リグニンとセルロース及びヘミセルロースとの交絡を十分に解くことができる。
これにより、加水分解（糖化反応）速度が向上し、得られる糖の収率が向上する。

上記微細繊維状セルロース系物質を加水分解による糖化反応に用いる場合、加水分解が酵素加水分解であることが好ましい。
上記微細繊維状セルロース系物質は、酵素が接近・吸着して加水分解しやすい表面が多く露出し、且つ、酵素が移動しやすい空間がまわりに形成されている。
このため、比較的少量の酵素で十分にセルロース系物質の加水分解ができ、低コストで糖を得ることができる。なお、加水分解の詳細については後述する。

次に、微細繊維状セルロース系物質の製造方法について説明する。
上記微細繊維状セルロース系物質は、セルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対し、機械的粉砕を行うことにより製造方法される。すなわち、セルロース系物質と解繊物質とを混合して、これを機械的粉砕することにより、解繊物質がセルロースミクロフィブリルの間に進入してこれらの隙間を広げ、同時にセルロース系物質の組織が破壊され、上述した所定のサイズの微細繊維状セルロース系物質が得られる。

ここで、上記セルロース系物質は、植物由来であることが好ましい。
植物由来のセルロース系物質は、生合成直後に、自己集合してセルロースミクロフィブリルを形成するので、セルロースミクロフィブリルに解繊することにより、セルロース分子鎖の配向はそのままで、極めて大きな表面積を有することになる。

上記解繊物質は、セルロース系物質を解繊させる媒体としての機能を発揮する。
かかる解繊物質としては、特に限定されないが、水、低分子化合物、高分子化合物、脂肪酸類又は無機アルカリが好適に用いられる。これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。なお、後述するように、無機アルカリは水と共に用いられる。

上記解繊物質が水であると、水の分子が小さいため、組織が持っている細孔や隙間に進入しやすく、更に、セルロースやヘミセルロースのように水と親和性が高い成分が多い細胞壁の間に容易に進入するので、組織を膨潤させることができる。
また、機械的粉砕による粉砕エネルギーにより更にセルロースミクロフィブリル間にも進入して、解繊が進行しやすくなるという利点がある。

上記解繊物質が低分子化合物であると、低分子化合物が組織や細胞壁の間に進入するとともに、低分子化合物がクサビのように作用して、解繊が進行しやすくなるという利点がある。

上記解繊物質が高分子化合物であると、機械的粉砕の際の圧力やせん断力又は熱により、一部の組織が溶融したり流動性が高くなる。
そうすると、組織や細胞壁表面に付着して引きはがす作用がより働き、更に、高分子化合物が形成された隙間に進入して、解繊が進行しやすくなるという利点がある。

上記解繊物質が脂肪酸類であると、脂肪酸類が構成糖の側鎖がアセチル基を持っているヘミセルロースに親和性を示して組織や細胞壁の間に進入しやすい。
また、機械的粉砕の際の圧力やせん断力又は熱によりセルロース、ヘミセルロース又はリグニンの水酸基の一部がエステル化され、それにより組織間が広がりやすくなり、解繊が進行しやすくなるという利点がある。

これらの中でも、解繊物質は、水と、低分子化合物、高分子化合物、脂肪酸類又は無機アルカリとを混合して用いることが好ましい。なお、このとき上記低分子化合物、高分子化合物及び脂肪酸類は水溶性であることが好ましい。

上記低分子化合物は、アルコール類、エーテル類、ケトン類、スルホキシド類、アミド類、アミン類、芳香族類及びモルフォリン類からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

上記アルコール類としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔ−ブタノール、エチレングリコール等のアルキレングリコール、トリメチレンプロパノール、ブタンジオール、グリセリン等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記エーテル類としては、１，４−ジオキサン等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、ステアリルケテンダイマー等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記スルホキシド類としては、ジメチルスルホキシド、ビスフェニルスルホキシド類、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（２，３−ジヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（５−クロロ−２，３−ジヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（２，４−ジヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（２，４−ジヒドロキシ−６−メチルフェニル）スルホキシド、ビス（５−クロロ−２，４−ジヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（２，５−ジヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（３，４−ジヒドロキシフェニル）スルホキシド等のビスヒドロキシフェニルスルホキシド類等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記アミド類としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記アミン類としては、アンモニア、アニリン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエチルエタノールアミン等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記芳香族類としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、ｐ−クレゾール、ｏ−クレゾール、カテキン類、テルペン類等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記モルフォリン類としては、Ｎ−メチルモルフォリン、Ｎ−メチルモルフォリン−Ｎ−オキシド等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

また、上記低分子化合物にはイオン性液体が含まれる。ここで、イオン性液体とは、室温でも液体で存在する塩を意味する。
かかる上記イオン性液体としては、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−３（ヒドロキシメチル）ピリジニウムエチルスルファート、１−エチル−３−メチルピリジニウムエチルスルファート、１，３−ジメチルイミダゾリウムジメチルホスファート等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記高分子化合物は、アルコール系高分子類、エーテル系高分子類、アミド系高分子類、アミン系高分子類及び芳香族系高分子類からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

上記アルコール系高分子類としては、ポリエチレングリコール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリビニルアルコール、アミロース、アミロペクチン、ソルビトル、ポリカプロラクトン、ポリバレロラクトン、ポリブチロラクトン、ポリグリコール、ポリ乳酸等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記エーテル系高分子類としては、クラウンエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記アミド系高分子類としては、ポリアクリルアミド、キチン、キトサン、ポリビニルピロリドン、ポリカプロラクタム等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記アミン系高分子類としては、ポリアリルアミン、ポリリジン、各種のアミン変性アクリルコポリマー等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記芳香族系高分子類としては、ポリフェニレンオキサイド、カテキン、タンニン、テルペン等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記脂肪酸類は、飽和脂肪酸類、不飽和脂肪酸類及びこれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

上記飽和脂肪酸類としては、蟻酸、酢酸、蓚酸、クエン酸、マロン酸、コハク酸、プロピオン酸、酪酸、パルミチン酸、ステアリン酸等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記不飽和脂肪酸類としては、安息香酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上記無機アルカリとしては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。なお、これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

上述したこれらの解繊物質は、常温で固体であっても、液体であってもよい。なお、常温で固体である場合は、後述する機械的粉砕時の温度条件下で液体となるものであることが好ましい。換言すると、解繊物質は、融点が後述する機械的粉砕時の温度よりも低いことが好ましい。
この場合、セルロース系物質のセルロースのミクロフィブリル間に解繊物質が入り込むようになるため、リグニンとセルロース及びヘミセルロースとの交絡を十分に解くことが可能となる。

セルロース系物質と解繊物質との混合割合は、セルロース系物質１質量部に対して、解繊物質が０．０１〜２００質量部であることが好ましく、０．０１〜１００質量部であることがより好ましく、０．１ 〜２０質量部であることがより一層好ましい。
解繊物質の混合割合が０．０１質量部未満であると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、セルロース系物質を十分に解繊されない傾向にあり、混合割合が２００質量部を超えると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、粉砕エネルギーの多くが解繊物質に吸収され、セルロース系物質の解繊に使われる粉砕エネルギーの割合が少なくなり、解繊が効率的に進みにくくなる傾向にある。

解繊物質が水と、低分子化合物、高分子化合物、脂肪酸類又は無機アルカリの媒体とからなる場合、媒体の配合割合が、解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％であることが好ましく、０．１〜５０質量％であることがより好ましい。

解繊物質が水と、低分子化合物とからなる場合、低分子化合物の配合割合が、解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％であると、水分子と共に低分子化合物も組織や細胞壁の間に進入し、組織を膨潤させる。
そして、機械的粉砕による粉砕エネルギーにより、更にセルロースミクロフィブリル間に進入し、相乗効果で解繊が進行しやすくなるという利点がある。

解繊物質が水と、高分子化合物とからなる場合、高分子化合物の配合割合が、解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％であると、水分子による膨潤効果及び解繊効果に加え、水に溶けることにより高分子化合物分子のフレキシビリティーが高くなり、さらに水和構造を取った高分子化合物であると、水と親和性の高いセルロースやヘミセルロースの隙間に進入しやすくなるので、相乗効果で解繊が進行しやすくなるという利点がある。

解繊物質が水と、脂肪酸類とからなる場合、脂肪酸類の配合割合が、解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％であると、水分子による膨潤効果及び解繊効果に加え、低級脂肪酸の場合は水と同様に組織や細胞壁の間に進入し、相乗効果で解繊が進行しやすくなる。
また、高級脂肪酸の場合は、水に溶けることにより分子のまわり水分子がとりつき水和状態となり、水と親和性の高いセルロースやヘミセルロースの隙間に進入しやすくなるので、相乗効果で解繊が進行しやすくなるという利点がある。

解繊物質が水と、無機アルカリとからなる場合、添加媒体がアルカリ性になるためセルロース系物質中のセルロースやヘミセルロースが部分的に加水分解を起こして、強固な細胞壁などが脆弱になり、粉砕エネルギーにより容易に組織が壊されて解繊が進行しやすくなるという利点がある。
また、アルカリイオンは水和構造を取っていため組織や細胞壁の間に進入してセルロースやヘミセルロースのネットワークを広げて相乗効果で解繊が進行しやすくなるという利点がある。
更に、アルカリ濃度への依存はあるがセルロースはアルカリ性媒体中で天然型のセルロースＩ型結晶からセルロースＩＩ型結晶に結晶構造転換することが知られている。このようなアルカリ処理はマーセル化処理と呼ばれている。セルロースＩＩ型結晶は化学的・生物的な反応性が高く加水分解が進行しやすくなる。

上記機械的粉砕の方法は、特に限定されず、媒体を共存させてせん断力をセルロース系物質に印可できる方法が好ましい。
例えば、ボールミル、ロッドミル、ハンマーミル、インペラーミル、高速ミキサ、ディスクミル（バッチ式又は連続式）、ミキサ、高圧ホモジナイザー、機械式ホモジナイザー又は超音波ホモジナイザー等が挙げられる。

これらの中でも、機械的粉砕の方法は、ボールミル、ロッドミル、ビーズミル、ディスクミル又はミキサであることが好ましく、ボールミル、ディスクミル又はミキサで行われることがより好ましい。
この場合、比較的容易に微細繊維状セルロース系物質を製造できる。また、得られる微細繊維状セルロース系物質のサイズのバラツキが小さくなる。

特に好ましくは、機械的粉砕の方法が、ディスクミルの場合である。
この場合、圧力やせん断力を印可することにより、セルロースミクロフィブリルが集合した太いセルロース系物質の束を、より細いセルロース系物質に解くことができ、且つ、連続的にこの処理ができるという利点がある。
また、加熱しながら粉砕処理を行うことも可能であり、ディスクの直径を大きくすることにより、処理量を増やすこともできる。
機械的粉砕は、バッチ式又は連続式エクストルーダーで行われることが好ましい。
この場合、より短時間で効率よく微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

これらの中でも、２軸エクストルーダーで行われることが好ましい。
２軸エクストルーダーは、スクリュー間の物質にせん断力や圧力を印可しながら押し出し、連続的に処理することができる。このため、解繊物質がセルロース系物質全体に均一に分散・浸透しやすくなり、結果として、少量の解繊物質でもセルロース系物質を十分に解繊できる。

また、２軸エクストルーダーは、加熱しながら処理できるので、比較的容易に、溶融した熱可塑性ポリマーを解繊物質として用いることができる。
この場合、溶融後の粘性が高くなるので、セルロース系物質全体に強い圧力やせん断力を伝搬させて印可でき、セルロース系物質に対して少量の解繊物質でも解繊が可能となる。

さらに、機械的粉砕を高圧で行う場合、圧力を出口で一気に開放させることによる爆砕効果が得られ、より効果的に解繊可能となる。

機械的粉砕は、２０〜３５０℃の温度条件下で行われることが好ましい。
温度が２０℃未満であると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、解繊物質を少量用いる場合、セルロース系物質全体に均一に分散・浸透されず、セルロース系物質が十分に解繊されない傾向にあり、温度が３５０℃を超えると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、セルロース系物質の熱分解や酸化による変性が起こる場合がある。

機械的粉砕は、０．１〜２０ＭＰａの圧力条件下で行われることが好ましい。
圧力が１ＭＰａ未満であると、圧力が上記範囲内にある場合と比較して、低沸点の解繊物質を添加した場合、解繊物質の一部が気化して粉砕エネルギーの伝達を阻害するため、セルロース系物質が十分に解繊されない傾向にあり、圧力が２０ＭＰａを超えると、圧力が上記範囲内にある場合と比較して、セルロース系物質や解繊物質の分解や変性が起こる場合がある。

なお、機械的粉砕は、２０〜３５０℃の温度、及び、０．１〜２０ＭＰａの圧力の条件下で行うことがより好ましい。
この場合、より短時間で効率よく微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

上記機械的粉砕において、セルロース系物質を解繊物質と共に機械的にせん断力や圧力を印可して粉砕すると、セルロース系物質はセルロースミクロフィブリルにまで解繊される。
このとき、セルロースミクロフィブリルのアスペクト比が大きい場合、セルロース系物質と解繊物質との混合物は、セルロースミクロフィブリル間に解繊物質（媒体）が取り込まれて粘度が高くなる傾向にある。
この場合、セルロース系物質を予備的に粉砕（以下「予備的粉砕」という。）してチップ状、繊維状又は粉末状の微細セルロース系物質としておくことが好ましい。
そうすると、アスペクト比が小さくなったスラリー状の微細繊維状セルロース系物質が得られる。
かかる微細繊維状セルロース系物質は、流動性が高く、ポンプでの輸送等が容易であり、取扱い性に優れる。
また、流動性が高くなると、加水分解が進行しやすくなる。

そして、解繊物質と混合し、機械的粉砕を行い、幅が１μｍ以下、長さが５０００μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする。

以上の微細繊維状セルロースの製造方法によれば、より短時間で効率よく微細繊維状セルロース系物質を製造できる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロース系物質が加水分解反応に阻害がない固体状態のままで、加水分解反応に最も効率的な純粋な形のセルロースミクロフィブリルまで解繊された微細繊維状セルロース系物質が得られる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロースミクロフィブリルが集合して形成されているセルロース系物質の束が解れて１つ１つのセルロースミクロフィブリルになるため、得られる微細繊維状セルロース系物質はセルロース系物質独自の結晶性が維持される。すなわち、表面や内部のセルロース分子は分子鎖配列・配向の乱れや化学的な変性をほとんど受けていない結晶性を有するセルロースミクロフィブリルが得られる。
したがって、上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法によれば、結晶性が高いセルロースであっても、加水分解反応が進行しやすい微細繊維状セルロース系物質が得られる。特に、加水分解が酵素加水分解の場合、セルロースミクロフィブリル表面が強い変性を受けていないので、酵素の基質特異性を阻害することなく容易に加水分解が進行する。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法においては、セルロース系物質を解繊されたセルロースミクロフィブリルとするので、得られる微細繊維状セルロース系物質は、硫酸等の強い化学薬品や高圧高温熱水のように厳しい条件下で加水分解を行わなくてもよい。
このため、反応制御が容易であり、過分解物を生成させることなく、かつ多大な粉砕エネルギーを投入することなく微細繊維状セルロース系物質を効率的に糖とすることができる。

こうして得られる微細繊維状セルロースは、糖の製造、又は、その糖からのエタノールの製造のみならず、分子構造的に極めて大きな強度を持っているため、樹脂等へフィラーとして複合化して高強度材料としても用いることができる。
また、微細繊維状セルロースは、自己凝集力が強いため、接着剤を用いたり、化学的に変性させる等の操作をすることなく、そのまま高強度材料に転換することもできる。
さらに、微細繊維状セルロースは天然物であり無味無臭、無毒生であり、微細繊維のため舌触りに異物感を感じないため、食品に添加して、保水性、保油性、テクスチャー、形態安定性又はダイエット性を付与することができる。

次に、上述した微細繊維状セルロースから糖を製造する方法について説明する。
糖は微細繊維状セルロースを加水分解することにより得られる。
加水分解する方法としては、硫酸、塩酸、フッ酸等の酸を用いる酸加水分解やセルラーゼ等の酵素を用いる酵素加水分解等が挙げられる。

これらの中でも加水分解が酵素加水分解であることが好ましい。
この場合、比較的少量の酵素でセルロース系物質の加水分解ができるので、低コストで糖を得ることができる。
また、酵素加水分解は、副反応が起こらず、過分解物の発生もない。

上記セルラーゼは大別するとエンド型とエキソ型に分かれ、エンド型セルラーゼは、非晶性セルロースをよく加水分解し、エキソ型セルラーゼは結晶性セルロースをよく加水分解する。
したがって、微細繊維状セルロース系物質を加水分解する場合、エンド型セルラーゼ及びエキソ型セルラーゼの混合物を用いると、これら酵素の効果が相乗的に発揮されることになる。

酵素加水分解する場合において、上述した微細繊維状セルロースの製造過程で得られる微細繊維状セルロースと解繊物質との混合物中に、酵素反応を阻害したり酵素を失活させたりする物質を含んでいない場合、混合物をそのまま酵素と混合して、加水分解させることができる。

一方、混合物中に、酵素反応を阻害したり酵素を失活させたりする物質を含んでいる場合は、その物質の効果が低下するまで希釈してから酵素加水分解すればよい。
また、洗浄や溶媒置換、減圧等により、上記（阻害）物質を除去した後に、酵素加水分解してもよい。

こうして糖が得られる。なお、セルロースからはグルコースが得られ、ヘミセルロースからは、キシロース、マンノース、アラビノース、ガラクトース等が得られる。

これらの糖を糖化液（糖を水又は緩衝液に溶かし、酵母菌等が作用しやすいｐＨに調製したもの）としたものは、発酵によりエタノールに変換することができる。
このエタノールは、化成品原料、溶媒又は自動車用燃料等に用いられる。また、エタノールを含む水溶液は、アルコール系飲料とすることもできる。

上記糖化液は有用物資のバイオ生産のための培地原料又は炭素源として用いられる。
また、糖化液は、その糖類を化学的に変換して、化成品、高分子原料、生理活性物質等の有用物質に用いられる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、本実施形態に係る微細繊維状セルロース系物質は、植物由来でなくともよい。
具体的には、ホヤ、酢酸菌等由来の微細繊維状セルロース系物質であってもよい。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法において、機械的粉砕を行う前に、無機アルカリ性水溶液にセルロース系物質を数時間から数日間浸漬させることが好ましい。
この場合、セルロース系物質が膨潤等により解れやすくなると同時に、セルロースやヘミセルロースが加水分解して分子量が低下する。
これにより、セルロース系物質が脆弱になる。すなわち、セルロースミクロフィブリルが部分的に切れたり、外力によって切れ易くなる。
そうすると、セルロース系物質の解繊が速やかに進行し、結果として加水分解性が向上することになる。なお、得られる微細繊維状セルロース系物質は、短くなり流動性が高くなる。
ここで、上記無機アルカリとしては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法において、機械的粉砕を行う前に、セルロース系物質を、オートクレーブ等を用いて水熱処理することが好ましい。
この場合、セルロース系物質が膨潤等により解れやすくなると同時に、セルロースやヘミセルロースが加水分解して分子量が低下する。
これにより、セルロース系物質が脆弱になる。すなわち、セルロースミクロフィブリルが部分的に切れたり、外力によって切れ易くなる。
そうすると、セルロース系物質の解繊が速やかに進行し、結果として加水分解性が向上することになる。なお、得られる微細繊維状セルロース系物質は、短くなり流動性が高くなる。

上記微細繊維状セルロース系物質の製造方法において、機械的粉砕を行った後に、水、エタノール及び／又は酢酸を加えて、加熱処理することが好ましい。
この場合、ヘミセルロースやリグニンが部分的に溶解脱離することにより、加水分解性が著しく向上する。

上述した実施形態の糖の製造方法においては、微細繊維状セルロース系物質を製造した後に、加水分解を行っているが、微細繊維状セルロース系物質の製造と共に加水分解を行ってもよい。
すなわち、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質、及び、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質、に酵素を混合させ、機械的粉砕により、セルロース系物質から一度に糖を高収率で得ることができる。

かかる方法においては、セルロール系物質の微細繊維化によりヘミセルロース及びリグニンが剥がされて、セルロースミクロフィブリルが表面に現われ、これに酵素が接近・吸着して微細繊維状セルロース系物質を加水分解する。
そして、加水分解によりセルロースミクロフィブリルに新たな隙間が形成され、そこに解繊物質が入り込み、更に、解繊が進む。
このように、上記糖の製造方法によれば、解繊と酵素加水分解を同時に行うことによって、互いの相乗効果が認められる。

以下、本発明の微細繊維状セルロース系物質の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
セルロース系物質として、広葉樹であるユーカリを原料とし、機械的粉砕に遊星型ボールミルを用いた例を示す。
ユーカリとしては製紙用ユーカリチップを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕した。得られたユーカリ木粉２０ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積５００ｍｌ、Ｐ−５型、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径２０ｍｍのジルコニアボールを２５個充填した。

次に、媒体として水（解繊物質）を２００ｍｌ（ユーカリ木粉−水１０倍量）加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数１２０ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返した。合計処理時間３３時間で機械的粉砕（以下「解繊処理」ともいう。）を行い、褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギー（重力加速度）を１２０ｒｐｍで１．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料１（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０７μｍ、長さ平均４μｍ）を得た。なお、試料１のアスペクト比はＳＥＭ観察像から計測したものである。

（実施例２）
ユーカリ木粉を１３．５ｇとしたこと以外は、実施例１と同様にして、試料２（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４μｍ、長さ平均７μｍ）を得た。なお、ユーカリ木粉に対して水が１５倍量であり、解繊処理の結果、得られた混合物は粘性の低い褐色のスラリー状であった。

（比較例１）
ユーカリとしては製紙用ユーカリチップを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕し、試料Ａ（セルロース系物質、幅平均５０μｍ、長さ平均２５０μｍ）を得た。なお、解繊処理は行わなかった。

［評価１、粒度分布］
１００ｍｇの試料１及び２を、水３０ｍｌにそれぞれ分散させたのち、ＬＭＳ−２４型レーザー回折式粒度分布計（セイシン企業社製）にて、水媒体循環セルにより粒度分布を測定した。
得られた測定結果を表１に示す。なお、表１に示す値は、微細繊維状セルロース系物質の軽い凝集物の大きさを示している。

表１の結果から、平均粒径は、ユーカリ木粉に対する水の割合が少ない程、平均粒径が小さくなることがわかった。

［評価２、顕微鏡観察］
試料２の形状を調べるため、走査型電子顕微鏡観察を行った。
試料２を極少量、アルミ製走査型電子顕微鏡試料台に両面テープを用いて載せ、白金蒸着により表面導電性処理を行った後、Ｓ−３４００型走査型電子顕微鏡（日立ハイテク社製）により、加速電圧２５ｋＶで観察した。
得られた試料２の観察結果の電子顕微鏡写真を図１に示す。

図１に示すように、１００ｎｍ程度から微細な部分では１０ｎｍ程度の繊維状セルロースが観察できた。なお、図示しないが実施例１で得られた試料１についても観察結果は同様であった。

［評価３、結晶性］
試料２及び試料Ａの結晶性を、粉末Ｘ線回折法により評価した。すなわち、１００ｍｇの試料２及び試料Ａをそれぞれ直径１３ｍｍのダイスで円盤状ペレットに成形し、ＲＩＮＴ−ＴＴＲ３型粉末Ｘ線回折装置（リガク社製）を用いて、ＣｕＫα線、５０ｋＶ−３００ｍＡで回折パターンを測定した。
得られた測定結果を図２に示す。なお、一般に、ユーカリ等の木材や多くの植物体では、セルロース成分のみが結晶性を持ち回折ピークを与え、ヘミセルロース及びリグニンは非晶質ため２０度付近に山を持つハローパターンを与える。

図２に示すように、試料２の結晶性は、試料Ａと同一で、結晶性はほとんど変化していないことが示された。なお、図示しないが試料１についても観察結果は同様であった。
このことから、試料１及び試料２は、解繊が上手くいっているといえる。

［評価４、加水分解］
試料１，２及びＡを用いて酵素加水分解を行った。すなわち、５０ｍｇの試料１，２及びＡをそれぞれ１５ｍｌの酢酸緩衝液（ｐＨ５．０、５０ｍＭ）に懸濁させ、これに、メイセラーゼ（酵素、明治製菓社製）５０ｍｇを５０ｍｌのｐＨ５．０の酢酸緩衝液に溶解した酵素液２ｍｌ（酵素量２ｍｇ）を加えて、全量１７ｍｌの酵素加水分解試験液１，２及びＡとした。なお、酵素液添加後は、直ちに、４５℃のドライインキュベーターにセットし、１２０ｒｐｍで、酵素加水分解を進行させた。

そして、酵素加水分解試験液１，２及びＡからは、一定時間毎（時間は表２に示す）に２００μＬを取り出し、遠心分離後の上清を、グルコーステストワコー（和光純薬工業社製）にて発色させ、分光光度計を用いて吸光度を測定した。得られた吸光度から予め作製した検量線に基づきグルコース濃度を算出した。なお、グルコース濃度は、固体分５０ｍｇに換算した値で示す。
表２に試料１，２及びＡから得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。また、表３に、フェノール硫酸法により求めた試料１，２及びＡの全糖濃度を示す。

表２の結果から、試料１及び２では、試料Ａと比較して、グルコース濃度が１０倍程度高くなっていることがわかった。
これは、試料１，２のセルロースの酵素加水分解が進行しているためと考えられる（酵素加水分解が進行していることを示している）。なお、用いた酵素にはヘミセルロースを加水分解する酵素も含まれており、ヘミセルロースはセルロースよりも加水分解し易いため、グルコース濃度が高い場合には、ヘミセルロースの加水分解も同時に進行しているといえる。
表３の結果から、４８時間後の全糖濃度についても、試料１，２では、試料Ａと比較して、グルコース濃度が２倍程度高くなっていることがわかった。
このことはセルロースの他、ヘミセルロースの加水分解も進行していることを示している。

（実施例３）
セルロース系物質として、針葉樹である製紙用米松チップを原料とし、機械的粉砕に遊星型ボールミルを用いた例を示す。
製紙用米松チップをカッターミルにより０．２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉２．３ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、Ｐ−７型、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填した。

次に、媒体として水（解繊物質）を２３ｍｌ（米松木粉−水１０倍量）加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数２００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、乳白色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを１．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料３（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例４）
米松木粉を３．３ｇとしたこと以外は、実施例３と同様にして、試料４（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０７μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。なお、米松木粉に対して水が７倍量であり、解繊処理の結果、得られた混合物は乳白色のクリーム状であった。

（比較例２）
製紙用米松チップを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕し、試料Ｂ（セルロース系物質、幅平均５０μｍ、長さ平均２５０μｍ）を得た。なお、解繊処理は行わなかった。

［評価５、粒度分布］
試料１及び２の代わりに、試料３及び４を用いたこと以外は評価１と同様にして、粒度分布を測定した。
得られた測定結果を表４に示す。

［評価６、顕微鏡観察］
試料２の代わりに、試料４を用いたこと以外は評価２と同様にして、走査型電子顕微鏡観察を行った。
得られた試料４の観察結果の電子顕微鏡写真を図３に示す。

図３に示すように、１００ｎｍ程度から微細な部分では１０ｎｍ程度の繊維状セルロースが観察できた。なお、図示しないが実施例３で得られた試料３についても観察結果は同様であった。

［評価７、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料３，４及びＢを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表５に試料３，４及びＢから得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。また、表６に、フェノール硫酸法により求めた試料３，４及びＢの全糖濃度示す。

表５の結果から、試料３及び４では、試料Ｂと比較して、グルコース濃度が２〜４倍程度高くなっていることがわかった。
これは、試料３，４のセルロースの酵素加水分解が進行しているためと考えられる（酵素加水分解が進行していることを示している）。なお、ヘミセルロースはセルロースよりも加水分解し安いため、グルコース濃度が高い場合には、ヘミセルロースの加水分解も同時に進行しているといえる。
表６の結果から、４８時間後の全糖濃度についても、試料３，４では、試料Ｂと比較して、全糖濃度が１．５〜２倍程度高くなっていることがわかった。このことはセルロースの他，ヘミセルロースの加水分解も進行していることを示している。

（実施例５）
製紙用米松チップをカッターミルにより２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉１３．５ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積５００ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径２０ｍｍのジルコニアボールを２５個充填した。

次に、媒体として水（解繊物質）を２００ｍｌ加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数１２０ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、乳白色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを１２０ｒｐｍで１．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料５（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０８μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（比較例３）
製紙用米松チップを用い、カッターミルにより２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕し、試料Ｃ（セルロース系物質、幅平均１５００μｍ、長さ平均３５００μｍ）を得た。なお、解繊処理は行わなかった。

［評価８、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料５及びＣを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表７に試料５及びＣから得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表７の結果から、試料５では、試料Ｃと比較して、グルコース濃度が８倍程度高くなっていることがわかった。
これは、試料５のセルロースの酵素加水分解が進行しているためと考えられる（酵素加水分解が進行していることを示している）。なお、ヘミセルロースはセルロースよりも加水分解し安いため、グルコース濃度が高い場合には、ヘミセルロースの加水分解も同時に進行しているといえる。

（実施例６）
製紙用米松チップをカッターミルにより０．２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉２．０を、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填した。

次に、媒体として水（解繊物質）を全体の２０質量％となるように加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数４００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを６回繰り返し、合計処理時間２時間で解繊処理を行い、淡黄白色の粉末状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを４００ｒｐｍで７．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させたアスペクト比の小さい試料６（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．９μｍ、長さ平均３μｍ）を得た。

（実施例７）
水の代わりに、酢酸（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、試料７（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．８μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

（実施例８）
水の代わりに、ポリエチレングリコール４００（分子量４００、ＰＥＧ４００）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、アスペクト比の小さい試料８（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．９μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

（実施例９）
水の代わりに、１、４−ジオキサン（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、アスペクト比の小さい試料９（微細繊維状セルロース系物質、幅平均１μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例１０）
水の代わりに、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、アスペクト比の小さい試料１０（微細繊維状セルロース系物質、幅平均１μｍ、長さ平均３μｍ）を得た。

（実施例１１）
水の代わりに、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、試料１１（微細繊維状セルロース系物質、幅平均１μｍ、長さ平均３μｍ）を得た。

（実施例１２）
水の代わりに、エタノール（ＥｔＯＨ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、試料１２（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．９μｍ、長さ平均３μｍ）を得た。

［評価９、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料６〜１２を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表８に試料６〜１２から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表８の結果から、試料６〜１２において、解繊物質によりグルコース生成量に違いはあるが、全ての場合でグルコース生成量が増大することがわかった。

（実施例１３）
加えた水の量を３０質量％としたこと以外は、実施例６と同様にして、試料１３（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．９μｍ、長さ平均３μｍ）を得た。

（実施例１４）
水の代わりに、グリセリンを３０質量％用いたこと以外は、実施例６と同様にして、試料１４（微細繊維状セルロース系物質、幅平均１μｍ、長さ平均２μｍ）を得た。

（実施例１５）
水の代わりに、エチレングリコールを３０質量％用いたこと以外は、実施例６と同様にして、試料１５（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．９μｍ、長さ平均３μｍ）を得た。

［評価１０、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料１３〜１５を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表９に試料１３〜１５から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表９の結果から、試料１３〜１５において、解繊物質によりグルコース生成量に違いはあるが、全ての場合でグルコース生成量が増大することがわかった。

（実施例１６）
製紙用米松チップをカッターミルにより０．２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉１．５ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填した。

次に、媒体として水（解繊物質）を２３ｍｌ加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数４００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを６回繰り返し、合計処理時間２時間で解繊処理を行い、乳白色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを４００ｒｐｍで７．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料１６（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均７μｍ）を得た。

（実施例１７）
水の代わりに、メタノール（ＭｅＯＨ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料１７（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

（実施例１８）
水の代わりに、エタノール（ＥｔＯＨ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料１８（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０７μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

（実施例１９）
水の代わりに、１−プロパノール（１−ＰｒＯＨ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料１９（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１２μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

（実施例２０）
水の代わりに、２−プロパノール（２−ＰｒＯＨ）（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料２０（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．３μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

（実施例２１）
水の代わりに、トルエン（解繊物質）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料２１（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．３μｍ、長さ平均２μｍ）を得た。

［評価１１、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料１６〜２１を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１０に試料１６〜２１から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表１０の結果から、試料１６〜２１において、解繊物質によりグルコース生成量に違いはあるが、全ての場合でグルコース生成量が増大することがわかった。

（実施例２２）
水の代わりに、２０ｗｔ％のポリエチレングリコール４００（分子量４００、ＰＥＧ４００）水溶液を２３ｍｌ用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料２２（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１５μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例２３）
水の代わりに、２０ｗｔ％の酢酸水溶液を２３ｍｌ用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料２３（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例２４）
水の代わりに、２０ｗｔ％の１、４−ジオキサン水溶液を２３ｍｌ用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料２４（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．２μｍ、長さ平均２０μｍ）を得た。

（実施例２５）
水の代わりに、２０ｗｔ％のジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）水溶液を２３ｍｌ用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、試料２５（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

［評価１２、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料２２〜２５を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１１にフェノール硫酸法により求めた試料２２〜２５の全糖濃度示す。

表１１の結果から、試料２２〜２５において、解繊物質により糖の生成量に違いはあるが、全ての場合で全糖量が増大することがわかった。

（実施例２６）
セルロース系物質として、精製木材パルプであるＷ−１００（日本製紙ケミカル社製）１．５ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填した。

次に、媒体として水（解繊物質）を２３ｍｌ加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数４００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを６回繰り返し、合計処理時間２時間で解繊処理を行い、褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを４００ｒｐｍで７．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料２６（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。なお、上記精製パルプ（Ｗ−１００）は、製造過程で種々の薬品処理や粉砕処理を受けているため、ある程度解繊されている。

（実施例２７）
水の代わりに、エタノール（ＥｔＯＨ）を用いたこと以外は、実施例２６と同様にして、試料２７（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１μｍ、長さ平均７μｍ）を得た。

（実施例２８）
Ｗ−１００の代わりに、ＣＦ１１（ワットマン社製）を用いたこと以外は、実施例２６と同様にして、試料２８（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例２９）
水の代わりに、エタノール（ＥｔＯＨ）を用いたこと以外は、実施例２８と同様にして、試料２９（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

［評価１３、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料２６〜２９を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１２に試料２６〜２９から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表１２の結果から、試料２６及び２７の精製木材パルプ、並びに、試料２８及び２９の精製綿花リンターは、精製過程でヘミセルロースやリグニンが除去され、セルロース含有量が９０％以上であるため、酵素加水分解が進行すると、生成するグルコース量も木材の場合の２倍以上になった。
また、解繊物質によりグルコース生成量に違いはあるが、全ての場合でグルコース生成量が増大することがわかった。

（実施例３０）
セルロース系物質として、製紙用ユーカリチップを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕した。得られたユーカリ木粉１．５ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填した。

次に、媒体として２３ｍｌの酢酸緩衝液（ｐＨ５．０、５０ｍＭ）と、メイセラーゼ（酵素）（明治製菓社製）１５０ｍｇとを加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数２００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、比較的流動性の高い褐色スラリー状の混合物、試料３０を得た。

（参考例１）
メイセラーゼ（酵素）を用いなかったこと以外は、実施例３０と同様にして試料Ｄを得た。

（実施例３１）
製紙用ユーカリチップの代わりに、米松木粉を用いたこと以外は、実施例３０と同様にして試料３１を得た。

（参考例２）
メイセラーゼ（酵素）を用いなかったこと以外は、実施例３１と同様にして試料Ｅを得た。

［評価１４、グルコース濃度］
試料３０，３１，Ｄ及びＥの試料それぞれにおいて、３３時間後のグルコース濃度を測定した。すなわち、試料３０，３１，Ｄ及びＥ（これらはスラリー状又はクリーム状になっている）からそれぞれ２００μＬを取り出し、遠心分離後の上清を、グルコーステストワコー（和光純薬工業社製）にて発色させ、分光光度計を用いて吸光度を測定した。得られた吸光度から予め作製した検量線に基づきグルコース濃度を算出した。
表１３に試料３０，３１，Ｄ及びＥから得られたグルコース濃度を示す。

表１３の結果から、参考例１及び２の酵素を添加していない系ではグルコースはほとんど生成していないが、実施例３０及び３１の酵素を添加した系では、グルコース濃度が著しく高くなっており、解繊と同時に酵素加水分解が進行していることがわかった。

（実施例３２）
セルロース系物質として、広葉樹であるユーカリを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕し、更に、ユーカリ木粉に対して２０分間、予備的に乾式粉砕し、粉末状の微細セルロース系物質とした。

次に、媒体として水（解繊物質）を２００ｍｌ（ユーカリ木粉−水１０倍量）加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数１２０ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギー（重力加速度）を１２０ｒｐｍで１．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料３２（微細繊維状セルロース系物質、幅０．０５μｍ、長さ５μｍ）を得た。

（実施例３３）
製紙用ユーカリチップの代わりに、米松木粉を用いたこと以外は、実施例３２と同様にして試料３３（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０３μｍ、長さ平均５μｍ）を得た。

［評価１５、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料３２，３３を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１４に試料３２，３３から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表１４の結果から、乾式ボールミル粉砕した後に解繊物質として水を添加して解繊処理した場合、酵素加水分解が極めて高速に進行し、酵素加水分解反応６時間で、ほぼ完全に反応が進行していることがわかった。

（実施例３４）
セルロース系物質として、製紙用米松チップをカッターミルにより３ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉５００ｇを、水１０リットルに分散させ、スーパーマスコロイダー（ディスクミル、ディスク材質：シリコンカーバイド、ディスク径：１０インチ、ディスク回転数：１８００ｒｐｍ、ディスク間隔：２００μｍ、増幸産業社製）に投入し、２分解繊処理した。かかる解繊処理を５回繰り返し（累計処理時間１０分間）、褐色スラリー状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４５℃とした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料３４（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例３５）
解繊処理を１０回（累計処理時間２０分間）行ったこと以外は、実施例３４と同様にして試料３５（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（比較例４）
製紙用米松チップを用い、カッターミルにより３ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕し、試料Ｆ（セルロース系物質、幅平均３２００μｍ、長さ平均３２００μｍ）を得た。なお、解繊処理は行わなかった。

［評価１６、顕微鏡観察］
試料２の代わりに試料３５を用いたこと以外は、評価２と同様にして、走査型電子顕微鏡観察を行った。
得られた試料３５の観察結果の電子顕微鏡写真を図４に示す。

図４に示すように、１００ｎｍ程度から微細な部分では１０ｎｍ程度の繊維状セルロースが観察できた。なお、図示しないが実施例３４で得られた試料３４についても観察結果は同様であった。

［評価１７、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料３４，３５及びＦを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１５に試料３４，３５及びＦから得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表１５の結果から、比較例４の試料Ｆでは、酵素加水分解はほとんど進行しないが、実施例３４の試料３４及び実施例３５の試料３５では、グルコース生成量が増大し、特に解繊処理回数を増やした試料３５では、酵素加水分解性の向上効果が顕著に認められた。

（実施例３６）
セルロース系物質として、製紙用米松チップをカッターミルにより２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉１００ｇと、エチレングリコール２００ｇとを混合し、ラボプラストミル２軸エクストルーダー（東洋精機製作所）に投入した。なお、スクリューは二軸スクリュー多条フライト型２Ｄ２０Ｓを用いた。３０ｒｐｍの速度で連続的に押し出すことにより解繊処理をしたところ、得られた混合物は１０分間で約２０グラムであった。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料３６（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０８μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例３７）
米松木粉の代わりに、Ｗ−１００を用いたこと以外は、実施例３６と同様にして試料３７（微細繊維状セルロース系物質）を得た。

（参考例３）
解繊処理を行わなかったこと以外は、実施例３６と同様にして試料Ｇを得た。

（参考例４）
解繊処理を行わなかったこと以外は、実施例３７と同様にして試料Ｈを得た。

［評価１８、顕微鏡観察］
試料２の代わりに試料３６を用いたこと以外は、評価２と同様にして、走査型電子顕微鏡観察を行った。
得られた試料３６の観察結果の電子顕微鏡写真を図５に示す。

図５に示すように、１００ｎｍ程度から微細な部分では１０ｎｍ程度の繊維状セルロースが観察できた。

［評価１９、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料３６，３７，Ｇ及びＨを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１６に試料３６，３７，Ｇ及びＨから得られたグルコース濃度を示す。

実施例３６と参考例３とを比較すると、参考例３の試料Ｇでは、酵素加水分解はほとんど進行しないが、実施例３６の試料３６では、グルコース生成量が増大し、酵素加水分解性の向上効果が認められた。
同様に、実施例３７と参考例４とを比較すると、参考例４の試料Ｈでは、酵素加水分解はある程度進行しているが、実施例３７の試料３７では、グルコース生成量がより増大し、酵素加水分解性の向上効果が認められた。
以上より、２軸エクストルーダーを用いた場合、木粉では著しくグルコース生成量が増大し、精製パルプでも２倍以上のグルコース生成量になっており、解繊による酵素加水分解性の向上効果が認められた。

（実施例３８）
セルロース系物質として、製紙用米松チップをカッターミルにより２ｍｍパスの米松木粉に粗粉砕した。得られた米松木粉１００ｇと、ポリエチレングリコール（分子量２００００）５ｇとを混合し、ラボプラストミル２軸エクストルーダーに投入した。なお、スクリューは二軸スクリュー多条フライト型２Ｄ２０Ｓを用いた。１２０℃に加温し、５０ｒｐｍの速度で連続的に押し出すことにより解繊処理を１回したところ、得られた混合物は１０分間で約３０グラムであった。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料３８（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．３μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例３９）
実施例３８における解繊処理を２回行ったこと以外は、実施例３８と同様にして、試料３９（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．２μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

［評価２０、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料３８及び３９を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１７に試料３８及び３９から得られたグルコース濃度を示す。

表１７の結果から、２軸エクストルーダー処理の回数が増えると、グルコース濃度が高くなっていることから、解繊による酵素加水分解性の向上効果が認められた。

（実施例４０）
セルロース系物質として、製紙用ユーカリチップを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕した。得られたユーカリ木粉１．５ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填した。

次に、媒体として２質量％の水酸化ナトリウム水溶液を２３ｍｌ加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数２００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを１．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料４０（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０６μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例４１）
水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、水酸化リチウム水溶液を用いたこと以外は、実施例４０と同様にして、試料４１（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０７μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例４２）
ユーカリ木粉の代わりに、米松木粉を用いたこと以外は、実施例４０と同様にして試料４２（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例４３）
水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、水酸化リチウム水溶液を用いたこと以外は、実施例４２と同様にして、試料４３（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

［評価２１、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料４０〜４３を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１８に試料４０〜４３から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表１８の結果から、無機アルカリ性水溶液を添加することによりグルコース生成量が増大し、解繊による酵素加水分解性の向上効果が認められた。

（実施例４４）
セルロース系物質として、製紙用ユーカリチップを用い、カッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕した。得られたユーカリ木粉１３．５ｇを、ジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積５００ｍｌ）に投入し、直径２０ｍｍのジルコニアボールを２５個充填した。

次に、媒体として水２００ｍｌを加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数１２０ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギー（重力加速度）を１２０ｒｐｍで１．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料４４（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４μｍ、長さ平均７μｍ）を得た。

（実施例４５）
実施例４４において、得られた混合物を洗浄、乾燥することなく、そのまま試料４５（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４μｍ、長さ平均７μｍ）とした。

（実施例４６）
ユーカリ木粉の代わりに、米松木粉を用いたこと以外は、実施例４４と同様にして試料４６（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例４７）
実施例４６において、得られた混合物を洗浄、乾燥することなく、そのまま試料４７（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均１５μｍ）とした。

［評価２２、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料４４〜４７を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表１９に試料４４〜４７から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表１９の結果から、洗浄及び乾燥後の試料も、未洗浄及び未乾燥の試料と同様の酵素加水分解結果を示し、解繊による酵素加水分解性の向上効果が認められた。
このことから、酵素加水分解の前に試料を洗浄、乾燥処理すると、解繊処理工程で水媒体中に混入する微量な変性物や不純物、解繊処理における混入物が除去されるものの、酵素加水分解性は、未洗浄、未乾燥の試料と、同様であり、解繊処理による酵素加水分解の阻害要因の発生は無いことが確認できた。

（実施例４８）
小型セグメントミキサ（ラボプラストミルＫＦ１５Ｖ、東洋精機製作所社製）を用いた微細繊維化による木質バイオマスの酵素糖化向上の試験を行った。

図６の（ａ）及び（ｂ）は、小型セグメントミキサの混練部を説明するための断面写真である。
図６に示すように、小型セグメントミキサ１０は、混練部１において、セグメント式スクリュー２が同方向に回転し、内容物に高せん断及び圧力をかけて開放する方式である。これにより、セルロース系物質を水の中でナノスケールにまで解繊することができる。

図７の（ａ）は、セグメント式スクリューの正面図を示し、（ｂ）は、セグメント式スクリューの側面図を示す。
図７に示すように、セグメント式スクリュー２は、６枚のセグメント羽を２２．５度ずつ重ね合わせて組み合わせることで、高せん断がかけられるようになる。なお、組み合わせは種々の角度と形で行うことができ、図に示したものに限定することではない。

まず、２ｍｍパスに粗粉砕した米松木粉を原料とし遊星型ボールミルを用いて５分間予備的に粉砕した。得られた予備的粉砕物１００質量部に対して、水を２３３質量部混合し小型セグメントミキサに投入した。なお、解繊処理の条件は、温度４０℃、圧力約０．５ＭＰａ、スクリュー速度９５ｒｐｍ、時間２０分とした。
解繊処理により得られた混合物は洗浄、乾燥することなく、そのまま試料４８とした。

（比較例５）
２ｍｍパスに粗粉砕した米松木粉を試料Ｉ（セルロース系物質）とした。

［評価２３、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料４８、Ｉを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表２０に試料４８、Ｉから得られたグルコース濃度を示す。

表２０の結果から、未処理の２ｍｍの米松木粉ではグルコースはほとんど生成していないが、小型セグメントミキサで処理した処理物ではグルコース濃度が著しく高くなっており、解繊による酵素加水分解性の向上効果が認められた。

［評価２４、顕微鏡観察］
試料２の代わりに、試料４８を用いたこと以外は評価２と同様にして、走査型電子顕微鏡観察を行った。
得られた試料４８の観察結果の電子顕微鏡写真を図８に示す。

図８に示すように、１００ｎｍ以下の微細繊維が多く生成している様子がはっきり認められる。

（実施例４９）
セルロース系物質として、製紙用ユーカリチップをカッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕した。得られたユーカリ木粉１．５ｇを、２３ｍｌの水に浸漬し２４時間放置後、滅菌用オートクレーブを用いて１２１℃で６０分間処理した。

これを室温まで放冷した後、全量をジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填し、フタをした。ボールミル処理は、自転回転数４００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを６回繰り返し、合計処理時間２時間で解繊処理を行い、比較的流動性の高い褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを４００ｒｐｍで７．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料４９（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４〜０．０９μｍ、長さ平均３〜７μｍ）を得た。

（実施例５０）
滅菌用オートクレーブで処理する時間を２４０分としたこと以外は、実施例４９と同様にして試料５０（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４〜０．０９μｍ、長さ平均３〜７μｍ）を得た。

（実施例５１）
滅菌用オートクレーブで処理する温度を１３５℃としたこと以外は、実施例４９と同様にして試料５１（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４〜０．０９μｍ、長さ平均３〜７μｍ）を得た。

（実施例５２）
滅菌用オートクレーブで処理する時間を２４０分としたこと以外は、実施例５１と同様にして試料５２（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４〜０．０９μｍ、長さ平均３〜７μｍ）を得た。

（参考例５）
滅菌用オートクレーブで処理した後、解繊処理を行わなかったこと以外は、実施例４９と同様にして試料Ｊを得た。

（参考例６）
滅菌用オートクレーブで処理した後、解繊処理を行わなかったこと以外は、実施例５０と同様にして試料Ｋを得た。

（参考例７）
滅菌用オートクレーブで処理した後、解繊処理を行わなかったこと以外は、実施例５１と同様にして試料Ｌを得た。

（参考例８）
滅菌用オートクレーブで処理した後、解繊処理を行わなかったこと以外は、実施例５２と同様にして試料Ｍを得た。

［評価２４、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料４９〜５２及びＪ〜Ｍを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表２１に試料４９〜５２から得られたグルコース濃度を、表２２に試料Ｊ〜Ｍから得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表２１及び表２２の結果から、滅菌用オートクレーブで水熱処理することにより、ユーカリ木粉の組織が、部分的に加水分解する等して強固な成分ネットワークが脆弱になり、ボールミル粉砕により容易に微細繊維化が進行すると共に、酵素糖化性が向上したといえる。

（実施例５３）
セルロース系物質として、ワラをカッターミルにより３ｍｍパスに粗粉砕した。得られたワラ粗粉砕物１．５ｇを２３ｍｌの水と共にジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径１０ｍｍのジルコニアボールを７個充填し、フタをした。ボールミル処理は、自転回転数４００ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを６回繰り返し、合計処理時間２時間で解繊処理を行い、比較的流動性の高い褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギーを４００ｒｐｍで７．８Ｇとした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料５３（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０５μｍ、長さ平均６μｍ）を得た。

（実施例５４）
ワラをカッターミルにより０．２ｍｍパスに粗粉砕したものを用いたこと以外は、実施例５３と同様にして試料５４（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．０４μｍ、長さ平均４μｍ）を得た。

［評価２５、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料５３，５４を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表２３に試料５３，５４から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表２３の結果から、ワラを原料としても、解繊処理により微細繊維化でき酵素糖化性を向上できることが確認された。

（実施例５５）
セルロース系物質として、製紙用ユーカリチップをカッターミルにより３ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕した。得られたユーカリ木粉１ｋｇを、１０リットルの水に浸漬し２４時間放置後、滅菌用オートクレーブを用いて１３５℃で２４０分間処理した。

これを室温まで放冷した後、ユーカリ木粉の固形分濃度が５質量％になるように水を加え、得られた分散液２０リットルをスーパーマスコロイダー（ディスクミル、ディスク材質：シリコンカーバイド、ディスク径：１０インチ、ディスク回転数：１８００ｒｐｍ、ディスク間隔：２０μｍ、増幸産業社製）に投入し、４分間解繊処理を行い、褐色スラリー状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４５℃とした。

そして、混合物中の水をｔ−ブチルアルコールに置換し、減圧乾燥して、乾燥させた試料５５（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例５６）
解繊処理を１０回繰り返した（累計処理時間４０分間）こと以外は、実施例５５と同様にして試料５６（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１μｍ、長さ平均１０μｍ）を得た。

（実施例５７）
製紙用ユーカリチップをカッターミルにより０．２ｍｍパスのユーカリ木粉に粗粉砕したこと、滅菌用オートクレーブを用いた処理を行わなかったこと、以外は、実施例５５と同様にして試料５７（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

（実施例５８）
解繊処理を１０回繰り返した（累計処理時間４０分間）こと以外は、実施例５７と同様にして試料５８（微細繊維状セルロース系物質、幅平均０．１５μｍ、長さ平均１５μｍ）を得た。

［評価２６、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料５５〜５８を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表２４に試料５５〜５８から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表２４の結果から、滅菌用オートクレーブで水熱処理することにより、ユーカリ木粉の組織が、部分的に加水分解する等して強固な成分ネットワークが脆弱になり、ディスクミル粉砕により短時間（少ない処理回数）で容易に微細繊維化が進行すると共に、酵素糖化性が向上することが確認された。

（実施例５９）
セルロース系物質として、ワラをカッターミルにより３ｍｍパスに粗粉砕した。得られたワラ粗粉砕物１．５ｇを２３ｍｌの水と共にジルコニア製遊星型ボールミルポット（内容積４５ｍｌ、ドイツ・フリッチュ社製）に投入し、直径２０ｍｍのジルコニアボールを２５個充填した。

次に、媒体として水３００ｍｌを加えて、ジルコニア製遊星型ボールミルポットのフタをした。ボールミル処理は、自転回転数１２０ｒｐｍ、２０分間処理−１０分間停止のサイクルを１００回繰り返し、合計処理時間３３時間で解繊処理を行い、褐色クリーム状の混合物を得た。なお、解繊処理の条件は、温度を４０℃、ボールミルの容器内のボールに付加できる粉砕エネルギー（重力加速度）を１２０ｒｐｍで１．８Ｇとした。

そして、混合物中の固形分を濃縮するため、７０００ｒｐｍ−１５分の条件で遠心分離し、沈殿を集め、粘土状物を得た。なお、ハロゲン水分計より粘土状物の水分量は７６％であった。

次に、粘土状物１２．８ｇを内容積５７ｍｌの高圧オートクレーブに投入し、エタノール３．６ｇ、酢酸０．１４ｇを加え、密封した。なお、粘土状物が含有している水とエタノールの比は７．５／２．５であった。また、固形分と液体分の比は１／５であった。

次に、ヒーターにより１８０℃で１５分間加熱処理を行った。その後、得られた処理物を濾過し、濾紙上の固形分について乾燥操作を行うことなく、乾燥重量５０ｍｇ相当を計り取ることにより、試料５９を得た。

（実施例６０）
ヒーターによる加熱処理の時間を６０分としたこと以外は、実施例５９と同様にして試料６０を得た。

［評価２７、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料５９，６０を用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表２５に試料５９，６０から得られたグルコース濃度を示す。なお、酵素反応時間０時間は、酵素を投入前の酢酸緩衝液に試料を懸濁させたときに溶解してくるグルコース量を示している。

表２５の結果から、解繊処理後に水、エタノール及び酢酸で加熱処理することにより、著しく酵素糖化性が向上した。
このことから、解繊処理後に、所定の液中で加熱処理を施すことは、極めて有効であるといえる。

（実施例６１）
２ｍｍサイズのスイッチグラス（牧草の一種）１００Partに対し、水を３００質量部混合して混合物とし、二軸エクストルーダー（Ｌａｂｏ−Ｐｌａｓｔｏｍｉｌｌ、東洋精機社製）内に投入した。そして、スクリューとして、二軸スクリュー多条フライト型２Ｄ２０Ｓ用を用い、室温で３０ｒｐｍの速度で連続的に運転させた。

次に、混合物を二軸エクストルーダーから取り出し、固形分換算で５０ｍｇを１５ｍｌの酢酸緩衝溶液に入れ、さらに、セルラーゼ（商品名：メイセラーゼ、明治製菓社製）２ｍｇを酢酸緩衝溶液２ｍｌに溶かした溶液を加えて、４８時間４５℃で酵素加水分解（糖化）を行い、試料６１を得た。

（比較例６）
２ｍｍパスに粗粉砕したスイッチグラスを試料Ｏとした。

［評価２８、得られる糖の分析］
試料６１を高速液体クロマトグラフ（日本分光ＬＣ−2000ＰｕｌｓＨＰＬＣシステム、試料注入量：２０μｌ、検出：示差屈折計、カラム：Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ−８７Ｐ（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）、カラム温度：８０℃，流速：１．０ｍｌ／ｍｉｎ)を用いて糖の同定及び標品を用いて作成した検量線からそれぞれの糖の濃度を定量した。
得られた結果を表２６に示す。

表２６の結果から、スイッチグラスにα-セルロースは３３．２％含まれており、米松やユーカリより低い数値であることがわかった。

［評価２９、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料６１，Ｏを用いたこと以外は、評価４と同様にして、グルコース濃度を算出した。
表２７に試料６１，Ｏから得られたグルコース濃度を示す。

表２７の結果から、二軸エクストルーダーを用いた実施例６１の試料６１は、比較例６の試料Ｏと比べて、約２０倍の酵素糖化率が得られた。

［評価３０、加水分解］
試料１，２及びＡの代わりに、試料６１，Ｏを用い、評価４の方法に準じて酵素加水分解反応を行い、評価２８の方法によりキシロース濃度を算出した。
表２８に試料６１，Ｏから得られたキシロース濃度を示す。

表２７の結果から、二軸エクストルーダーを用いた実施例６１の試料６１は、ヘミセルラーゼが少ないメイセラーゼ（明治製菓）を使ったにもかかわらず、キシロース生成量は７９．５ｍｇ／Ｌと高かった。

以上の結果より、本発明の微細繊維状セルロース系物質によれば、加水分解により、高収率で糖を製造することができることが確認された。

本発明の微細繊維状セルロースは、糖の製造、又は、その糖からのエタノールの製造のみならず、分子構造的に極めて大きな強度を持っているため、樹脂等へフィラーとして複合化して高強度材料としても用いることができる。
また、上記微細繊維状セルロースは、自己凝集力が強いため、接着剤を用いたり、化学的に変性させる等の操作をすることなく、そのまま高強度材料に転換することもできる。
さらに、上記微細繊維状セルロースは天然物であり無味無臭、無毒生であり、微細繊維のため舌触りに異物感を感じないため、食品に添加して、保水性、保油性、テクスチャー、形態安定性又はダイエット性を付与することができる。

図１は、実施例２で得られた試料２の走査型電子顕微鏡の写真である。 図２は、実施例２で得られた試料２及び比較例１で得られた試料Ａの結晶性を、粉末Ｘ線回折法で測定した回折パターンを示すグラフである。 図３は、実施例４で得られた試料４の走査型電子顕微鏡写真である。 図４は、実施例３５で得られた試料３５の走査型電子顕微鏡写真である。 図５は、実施例３６で得られた試料３６の走査型電子顕微鏡写真である。 図６の（ａ）及び（ｂ）は、実施例４８で用いた小型セグメントミキサの混練部を説明するための断面写真である。 図７の（ａ）は、実施例４８で用いた小型セグメントミキサのセグメント式スクリューを示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 図８は、実施例４８で得られた試料４８の走査型電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１・・・混練部
２・・・セグメント式スクリュー
１０・・・小型セグメントミキサ

Claims (9)

1. 加水分解による糖化反応に用いられ、
   セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、前記セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法であって、
   前記解繊物質が脂肪酸類であることを特徴とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
2. 加水分解による糖化反応に用いられ、
   セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、前記セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法であって、
   前記解繊物質が水と、脂肪酸類とからなり、
   前記脂肪酸類の配合割合が、前記解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％であることを特徴とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
3. 加水分解による糖化反応に用いられ、
   セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含むセルロース系物質と、該セルロース系物質を解繊するための解繊物質とを混合した混合物に対して、機械的粉砕を行い、前記セルロース系物質を幅が１μｍ以下、長さが５０μｍ以下の微細繊維状セルロース系物質とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法であって、
   前記解繊物質が水と、無機アルカリとからなり、
   前記無機アルカリの配合割合が、前記解繊物質全量に対して、０．１〜９９．９質量％であることを特徴とする微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
4. 前記機械的粉砕が、ボールミル、ロッドミル、ビーズミル、ディスクミル又はミキサで行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
5. 前記機械的粉砕が、バッチ式又は連続式エクストルーダーで行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
6. 前記機械的粉砕が２０〜３５０℃の温度、及び／又は、０．１〜２０ＭＰａの圧力条件下で行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
7. 前記セルロース系物質を予備的に粉砕してチップ状、繊維状又は粉末状の微細セルロース系物質とした後に、前記解繊物質と混合し、前記機械的粉砕を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
8. 前記解繊物質の混合割合が、セルロース系物質１質量部に対して、０．０１〜２００質量部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の微細繊維状セルロース系物質の製造方法により得られた微細繊維状セルロース系物質に対して、酸加水分解又は酵素加水分解を行うことにより、糖とすることを特徴とする糖の製造方法。

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