JP7378742B2 - Method for producing organic solvent soluble lignin - Google Patents
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Description
本発明は、有機溶媒可溶性リグニンの製造方法に関する。
本願は、２０１９年９月１１日に、日本に出願された特願２０１９－１６５５４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a method for producing organic solvent-soluble lignin.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-165546 filed in Japan on September 11, 2019, the contents of which are incorporated herein.
近年、地球温暖化対策や、廃棄物の有効活用の観点から、植物資源を原料とするバイオマスの利用が注目されている。一般に、バイオマスからエタノール等の化合物を製造するための原料としては、サトウキビ等の糖質やトウモロコシ等のデンプン質が多く用いられている。しかしながら、これらの原料はもともと食料又は飼料として用いられており、長期的に工業用利用資源として活用することは、食料又は飼料用途との競合を引き起こし、原料価格の高騰を招く危険性がある。 In recent years, the use of biomass made from plant resources has been attracting attention from the perspective of global warming countermeasures and effective use of waste. Generally, carbohydrates such as sugarcane and starches such as corn are often used as raw materials for producing compounds such as ethanol from biomass. However, these raw materials are originally used as food or feed, and if they are used as industrial resources over the long term, there is a risk of competition with food or feed uses, leading to a rise in raw material prices.
従って、非食用バイオマスをエネルギー資源として活用する技術開発が進められている。非食用バイオマスとしては、地球上に最も多く存在するセルロースが挙げられるが、その大部分は芳香族ポリマーのリグニンやヘミセルロースとの複合体であるリグノセルロースとして存在する。 Therefore, technological development is underway to utilize non-edible biomass as an energy resource. Cellulose is the most abundant non-edible biomass on earth, and most of it exists as lignocellulose, which is a complex with aromatic polymers lignin and hemicellulose.
リグノセルロース系バイオマスを原料としたエタノール製造では、バイオマス原料を熱化学的に前処理する前処理工程、前処理工程後のバイオマスを酵素処理し糖化液を生成する糖化工程、糖化工程で得られた糖化液に微生物培養液を添加してエタノール発酵を行なう発酵工程、及び、発酵工程で得られた発酵液から蒸留等によってエタノールを分離する精製工程からなる。このエタノール製造において、リグニンが固体として残存するため、大量の発酵残渣が発生するという問題がある。この発酵残渣は、一般に併設される工場のボイラーやメタン発酵等により処理されており、有効利用されていないのが現状である。 In the production of ethanol using lignocellulosic biomass as a raw material, there is a pretreatment process in which the biomass raw material is pretreated thermochemically, a saccharification process in which the biomass after the pretreatment process is treated with enzymes to produce a saccharified liquid, and the ethanol produced in the saccharification process is It consists of a fermentation process in which a microbial culture solution is added to the saccharified liquid to perform ethanol fermentation, and a purification process in which ethanol is separated by distillation or the like from the fermentation liquid obtained in the fermentation process. In this ethanol production, there is a problem in that a large amount of fermentation residue is generated because lignin remains as a solid. This fermentation residue is generally processed by a boiler in an attached factory or by methane fermentation, and is currently not effectively utilized.
非食用バイオマスを原料とする製紙プロセスにおいても同様に残渣物としてリグニン主体の生成物（黒液、リグニンスルホン酸塩）が発生し、長年に亘り有効利用する技術が開発されている。しかしながら、バイオマスを化学的に分解する工程において、リグニンがスルホ化又は塩化の影響を受けているため、利用しづらく、その多くはボイラー熱源としての燃料利用にとどまっている。 Similarly, lignin-based products (black liquor, lignin sulfonate) are generated as residues in the paper manufacturing process using inedible biomass as a raw material, and techniques for effectively utilizing these products have been developed over the years. However, in the process of chemically decomposing biomass, lignin is affected by sulfonation or chlorination, making it difficult to use, and most of it is limited to fuel use as a heat source for boilers.
一方で、リグニンを分解すると、フェノール誘導体等が得られることから、樹脂原料、コンポジット材料、界面活性剤等の化学工業製品の原料として利用することができる。そのため、リグニンの分解物を効率よく製造する方法の開発が望まれている。 On the other hand, when lignin is decomposed, phenol derivatives and the like are obtained, which can be used as raw materials for chemical industry products such as resin raw materials, composite materials, and surfactants. Therefore, it is desired to develop a method for efficiently producing lignin decomposition products.
特許文献１には、水とアルコールのモル比が１／１～２０／１である混合溶媒を用いてリグニン含有バイオマスを処理することでリグニン分解物を製造する方法が開示されている。特許文献２には、炭化水素及びアルコールの混合溶媒中において酸触媒存在下でリグニン含有バイオマスを加熱することで低分子リグニンを製造する方法が開示されている。特許文献３には、リグニン含有バイオマスを水熱処理及び粉砕処理を組み合わせて前処理し、該前処理したバイオマスを酵素糖化した際に発生する酵素糖化残渣をさらにオートクレーブにより水熱処理を行い、その処理物の固液分離から固形物を得た後に、該固形物を有機溶媒に溶解して、リグニン分解物を製造する方法が開示されている。特許文献４には、リグニン含有バイオマスを酵素により糖化処理して糖化残渣を得て、該糖化残渣を２０℃の水に対する溶解度が９０ｇ／Ｌ以上の有機溶媒と水とを含む混合溶媒中で加熱処理して、リグニン分解物を含む加熱処理液を得た後に、該加熱処理液を固液分離して不溶分を除去し、リグニン分解物を製造する方法が開示されている。
バイオマス原料中に含まれるリグニンは、複雑な構造を有し、リグニン分解物を製造する方法における各種条件によってその特性がランダムに変化する。そのため、特許文献１～４等に記載の方法では、特定の性質を有するリグニンを得ることができない。また、特定の性質を有するリグニンを得るために、その製造方法における各種条件を制御することはこれまで行われていない。
Lignin contained in biomass raw materials has a complex structure, and its properties change randomly depending on various conditions in the method for producing lignin decomposition products. Therefore, lignin having specific properties cannot be obtained by the methods described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、特定の性質を有する有機溶媒可溶性リグニンの製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for producing organic solvent-soluble lignin having specific properties.
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
（１） 草本系バイオマスを希硫酸蒸解法により前処理する前処理工程と、
前記前処理工程で得られた前処理済み草本系バイオマスを酵素により糖化処理する糖化工程と、
前記糖化工程で得られた糖化処理生成物を固液分離して糖化残渣を得る固液分離工程と、
前記糖化残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する抽出工程と、を含み、
前記前処理工程において、得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量がそれぞれ所定の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御し、
前記前処理工程において、前記希硫酸蒸解法による処理強度が下記式（Ｉ）で表されるＣＳＩで１．０以上３．０以下である、有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。That is, the present invention includes the following aspects.
(1) A pretreatment step in which herbaceous biomass is pretreated using a dilute sulfuric acid cooking method;
a saccharification step of saccharifying the pretreated herbaceous biomass obtained in the pretreatment step with an enzyme;
a solid-liquid separation step of obtaining a saccharification residue by solid-liquid separation of the saccharification product obtained in the saccharification step;
an extraction step of adding an organic solvent to the saccharification residue to extract organic solvent-soluble lignin,
In the pretreatment step, dilute sulfuric acid cooking is performed so that the β-O-4 bond content, weight average molecular weight and molecular weight distribution, and hydroxyl group content of the obtained organic solvent-soluble lignin are within predetermined ranges. control the processing intensity by
A method for producing organic solvent-soluble lignin, wherein in the pretreatment step, the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is 1.0 or more and 3.0 or less in terms of CSI represented by the following formula (I).
（式（Ｉ）中、Ｘは時間、Ｙは温度、ＺはｐＨである。）
（２） 前記前処理工程において、前記β－Ｏ－４結合の含有量としてチオアシドリシス法により定量された前記有機溶媒可溶性リグニンのチオアシドリシスモノマーの含有量が９５μｍｏｌ／ｇ以上２４８μｍｏｌ／ｇ以下の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御する、（１）に記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
（３） 前記前処理工程において、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法により定量された前記有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量が２４００以上４２００以下の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御する、（１）に記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
（４） 前記前処理工程において、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法により定量された前記有機溶媒可溶性リグニンの分子量分布が１．０以上２．０以下の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御する、（１）に記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
（５） 前記前処理工程において、前記水酸基の含有量として水酸基をリン化してリン３１核磁気共鳴分光法により定量された前記有機溶媒可溶性リグニンのフェノール性水酸基の含有量が７ｍｍｏｌ／ｇ以上３２ｍｍｏｌ／ｇ以下の範囲であり、且つ、アルコール性水酸基の含有量が６ｍｍｏｌ／ｇ以上１９６ｍｍｏｌ／ｇ以下の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御する、（１）に記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。(In formula (I), X is time, Y is temperature, and Z is pH.)
(2) In the pretreatment step, the content of the thioacidolysis monomer of the organic solvent-soluble lignin determined by the thioacidolysis method as the content of the β-O-4 bond is in the range of 95 μmol/g or more and 248 μmol/g or less. The method for producing organic solvent-soluble lignin according to (1), wherein the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is controlled so that the following is achieved.
(3) In the pretreatment step, the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is controlled so that the weight average molecular weight of the organic solvent soluble lignin determined by gel permeation chromatography is in the range of 2400 to 4200. , the method for producing organic solvent-soluble lignin according to (1).
(4) In the pretreatment step, the treatment intensity by dilute sulfuric acid cooking method is adjusted so that the molecular weight distribution of the organic solvent-soluble lignin determined by gel permeation chromatography is in the range of 1.0 to 2.0. The method for producing organic solvent-soluble lignin according to (1), which controls.
(5) In the pretreatment step, the content of phenolic hydroxyl groups in the organic solvent-soluble lignin, which is determined by phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy after phosphating the hydroxyl groups, is 7 mmol/g or more and 32 mmol/g. The organic solvent according to (1), wherein the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is controlled so that the content of alcoholic hydroxyl groups is in the range of 6 mmol/g or more and 196 mmol/g or less. Method for producing soluble lignin.
（６） 前記前処理工程において、前記有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量を増加させるために前記ＣＳＩが１．０に近づくように制御し、一方、前記有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量を減少させるために前記ＣＳＩが３．０に近づくように制御する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
（７） 前記前処理工程において、前記有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量及び分子量分布を減少させるために前記ＣＳＩが１．０に近づくように制御し、一方、前記有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量及び分子量分布を増加させるために前記ＣＳＩが３．０に近づくように制御する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
（８） 前記前処理工程において、前記有機溶媒可溶性リグニンの水酸基の含有量を増加させるために前記ＣＳＩが１．０に近づくように制御し、一方、前記有機溶媒可溶性リグニンの水酸基の含有量を減少させるために前記ＣＳＩが３．０に近づくように制御する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
(6) In the pretreatment step, the CSI is controlled to approach 1.0 in order to increase the content of β-O-4 bonds in the organic solvent-soluble lignin; The method for producing organic solvent-soluble lignin according to any one of (1) to (5), wherein the CSI is controlled to approach 3.0 in order to reduce the content of β-O-4 bonds.
(7) In the pretreatment step, the CSI is controlled to approach 1.0 in order to reduce the weight average molecular weight and molecular weight distribution of the organic solvent soluble lignin, while the weight average molecular weight of the organic solvent soluble lignin is The method for producing organic solvent-soluble lignin according to any one of (1) to (5), wherein the CSI is controlled to approach 3.0 in order to increase the molecular weight distribution.
(8) In the pretreatment step, in order to increase the content of hydroxyl groups in the organic solvent-soluble lignin, the CSI is controlled to approach 1.0, while the content of hydroxyl groups in the organic solvent-soluble lignin is controlled to be close to 1.0. The method for producing organic solvent-soluble lignin according to any one of (1) to (5), wherein the CSI is controlled to approach 3.0 in order to reduce the CSI.
上記態様の製造方法によれば、特定の性質を有する有機溶媒可溶性リグニンの製造方法を提供することができる。 According to the production method of the above aspect, it is possible to provide a production method of organic solvent-soluble lignin having specific properties.
以下、本発明の実施形態に係る有機溶媒可溶性リグニンの製造方法（以下、「本実施形態の製造方法」と略記する場合がある）について、詳細に説明する。なお、本明細書及び請求の範囲において、各種用語の意味を以下のとおり定義する。 Hereinafter, a method for producing organic solvent-soluble lignin according to an embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes abbreviated as "the production method of this embodiment") will be described in detail. In addition, in this specification and the claims, the meanings of various terms are defined as follows.
＜草本系バイオマス＞
本実施形態の製造方法では、原料として草本系バイオマスを用いる。また草本系バイオマスの代わりに、草本系バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースからバイオエタノール、バイオブタノール又はバイオ化学品等を製造する過程で発生した残渣を用いてもよい。原料として用いられる草本系バイオマスは、粉砕されたものを用いることができ、また、ブロック、チップ、粉末等、いずれの形状でもよい。なお、以降において草本系バイオマスを単に「バイオマス」と称する場合がある。<Herbaceous biomass>
In the production method of this embodiment, herbaceous biomass is used as a raw material. Further, instead of herbaceous biomass, residues generated in the process of producing bioethanol, biobutanol, biochemicals, etc. from cellulose and hemicellulose in herbaceous biomass may be used. The herbaceous biomass used as a raw material can be pulverized and may be in any form such as blocks, chips, powder, etc. Note that hereafter, herbaceous biomass may be simply referred to as "biomass".
草本系バイオマスとしては、タケ、パームヤシの樹幹及び空房、パームヤシ果実の繊維及び種子；バガス（さとうきび及び高バイオマス量さとうきびの搾り滓）、稲わら、麦わら、トウモロコシの穂軸、茎葉及び残渣（コーンストーバー、コーンコブ、コーンハル）、ソルガム（スイートソルガムを含む）残渣、スイッチグラス、エリアンサス、ネピアグラス等のイネ科植物から得られるもの；ヤトロファ種皮・殻、カシュー殻、エネルギー作物等の植物油搾取過程で発生する残渣物等が挙げられる。中でも、草本系バイオマスとしては、入手容易性や本実施形態の製造方法との適合性の観点から、イネ科植物から得られるものが好ましく、バガス又はネピアグラスがより好ましい。 Herbaceous biomass includes bamboo, palm tree trunks and empty bunches, palm fruit fibers and seeds; bagasse (sugar cane and high biomass sugar cane dregs), rice straw, wheat straw, corn cobs, foliage and residue (corn stover). , corncob, cornhull), sorghum (including sweet sorghum) residue, switchgrass, Erianthus, napier grass, and other grasses; jatropha seed coats/husks, cashew shells, energy crops, etc., produced in the process of extracting vegetable oils. Examples include residues. Among these, as the herbaceous biomass, from the viewpoint of availability and compatibility with the production method of this embodiment, those obtained from gramineous plants are preferable, and bagasse or napier grass is more preferable.
＜セルロース及びヘミセルロース＞
本明細書において、「セルロース」には、６つの炭素を構成単位とする六炭糖が含まれる。よって、セルロースは加水分解を受けると、炭素６つからなる六炭糖の単糖（グルコース等）やその単糖が複数個連結された六炭糖のオリゴ糖（例えば、セロビオース等）を生ずる。<Cellulose and hemicellulose>
As used herein, "cellulose" includes hexoses having six carbons as a constituent unit. Therefore, when cellulose undergoes hydrolysis, it produces a hexose monosaccharide (such as glucose) consisting of six carbons and a hexose oligosaccharide (for example, cellobiose, etc.) in which a plurality of such monosaccharides are linked.
「ヘミセルロース」には、キシロース等の５つの炭素を構成単位とする五炭糖（Ｃ５糖）やマンノース、アラビノース、４－Ｏ－メチルグルクロン酸等の６つの炭素を構成単位とする六炭糖（Ｃ６糖）から構成されるグルコマンナンやグルクロノキシラン等の複合多糖等が含まれる。よって、ヘミセルロースは加水分解を受けると、炭素５つからなる五炭糖の単糖やその単糖が複数個連結された五炭糖のオリゴ糖、炭素６つからなる六炭糖の単糖やその単糖が複数個連結された六炭糖のオリゴ糖、五炭糖の単糖と六炭糖の単糖が複数個連結されたオリゴ糖を生ずる。 "Hemicellulose" includes five carbon sugars (C5 sugars) such as xylose, which have five carbon units, and hexose sugars (C5 sugars), which have six carbon units such as mannose, arabinose, and 4-O-methylglucuronic acid. These include complex polysaccharides such as glucomannan and glucuronoxylan, which are composed of C6 sugars. Therefore, when hemicellulose undergoes hydrolysis, it becomes five-carbon monosaccharides, pentose oligosaccharides in which multiple monosaccharides are linked, six-carbon monosaccharides, and six-carbon monosaccharides. A hexose oligosaccharide in which a plurality of these monosaccharides are linked together, and an oligosaccharide in which a plurality of pentose monosaccharides and hexose monosaccharides are linked together are produced.
一般に、ヘミセルロース又はセルロースから生ずる単糖又はオリゴ糖の構成比率や生成量は、前処理方法や原料として用いた草本系バイオマスの種類によって異なる。 Generally, the composition ratio and production amount of monosaccharides or oligosaccharides generated from hemicellulose or cellulose vary depending on the pretreatment method and the type of herbaceous biomass used as a raw material.
＜リグニン＞
一般に、リグニンは、草本系バイオマスの３大主成分の一つの天然高分子である。草本系バイオマスの中でもバガスには、５質量％以上３０質量％以下のリグニンが含まれる。<lignin>
Generally, lignin is a natural polymer that is one of the three main components of herbaceous biomass. Among herbaceous biomass, bagasse contains 5% by mass or more and 30% by mass or less of lignin.
リグニンは、基本骨格が芳香核（ベンゼン核）で構成されており、その構造から、Ｇ核、Ｓ核及びＨ核に分類される。Ｇ核とは、フェノール骨格部分のオルト位に１つのメトキシ基（－ＯＣＨ３）を有するものであり、Ｓ核とは、オルト位に２つのメトキシ基を有するものであり、Ｈ核とは、オルト位にメトキシ基を有していないものである。また、バガス等の草本系バイオマス中のリグニンは基本骨格として、Ｈ核、Ｇ核及びＳ核の全てを含む。なお、木本系バイオマス由来のリグニンのうち、針葉樹由来のリグニンは、Ｇ核を基本骨格とし、広葉樹由来のリグニンは、Ｇ核及びＳ核を基本骨格とする。Lignin has a basic skeleton composed of an aromatic nucleus (benzene nucleus), and is classified into G nucleus, S nucleus, and H nucleus based on the structure. The G nucleus has one methoxy group (-OCH 3 ) at the ortho position of the phenol skeleton, the S nucleus has two methoxy groups at the ortho position, and the H nucleus has It does not have a methoxy group at the ortho position. Furthermore, lignin in herbaceous biomass such as bagasse contains all of H nuclei, G nuclei, and S nuclei as a basic skeleton. Note that among lignins derived from woody biomass, lignins derived from coniferous trees have G nuclei as their basic skeletons, and lignins derived from hardwoods have G nuclei and S nuclei as their basic skeletons.
リグニンには多様な分子間の結合様式があるが、その中で最も多く存在するのがβ－Ｏ－４結合であり、リグニン分子内の全結合様式の５０モル％以上７０モル％以下程度を占めるエーテル結合である。β－Ｏ－４結合は、以下の式（ＩＩ）で表される結合様式であり、リグニンの直鎖構造を形成している。植物細胞におけるリグニンの重合過程では、モノマーの側鎖β位と隣接するモノマーの芳香核４位の間が連続的に連結して高分子化する。 Lignin has a variety of intermolecular bonding modes, but the most abundant of these is the β-O-4 bond, which accounts for between 50 mol% and 70 mol% of the total bonding modes within the lignin molecule. It is the ether bond that occupies. The β-O-4 bond is a bonding mode represented by the following formula (II), and forms a linear structure of lignin. During the polymerization process of lignin in plant cells, the β-position of the side chain of a monomer and the 4-position of the aromatic nucleus of an adjacent monomer are continuously linked to form a polymer.
本明細書において、「水可溶性リグニン」とは、水に対して可溶性であるリグニンであり、具体的には、後述する糖化工程後の糖化生成物、発酵工程後の発酵生成物及び精製工程後の廃液を固液分離した際に、液体成分中に含まれるリグニンを示す。水可溶性リグニンは、数平均分子量が約１０００以下程度と比較的小さいことから、水に対して可溶性であるものと推察される。 In this specification, "water-soluble lignin" refers to lignin that is soluble in water, and specifically refers to saccharification products after the saccharification process, fermentation products after the fermentation process, and after the purification process, which will be described later. This shows the lignin contained in the liquid component when the waste liquid is separated into solid and liquid. Since water-soluble lignin has a relatively small number average molecular weight of about 1000 or less, it is presumed to be soluble in water.
「水不溶性リグニン」とは、水に対して不溶性であるリグニンであり、具体的には、後述する糖化工程後の糖化生成物、発酵工程後の発酵生成物及び精製工程後の廃液を固液分離した際に、固体成分（すなわち、糖化残渣、発酵残渣及び固形残渣）中に含まれるリグニンを示す。水不溶性リグニンは、数平均分子量が１０００超１００００以下程度と比較的大きいことから、水に対して不溶性であるものと推察される。 "Water-insoluble lignin" is lignin that is insoluble in water, and specifically, it is a solid liquid that is obtained by converting the saccharification products after the saccharification process, the fermentation products after the fermentation process, and the waste liquid after the purification process, which will be described later. It shows the lignin contained in the solid components (i.e., saccharification residues, fermentation residues, and solid residues) when separated. Since water-insoluble lignin has a relatively large number average molecular weight of more than 1,000 and less than 10,000, it is presumed to be insoluble in water.
なお、ここでいう「糖化生成物」には液体成分である糖化液と、固体成分である糖化残渣とが含まれ、糖化液には水可溶性リグニンが含まれ、糖化残渣には水不溶性リグニンが含まれる。「発酵生成物」には液体成分である発酵液と、固体成分である発酵残渣が含まれ、発酵液には水可溶性リグニンが含まれ、発酵残渣には水不溶性リグニンが含まれる。廃液には、液体成分である液体残渣と固体成分である固形残渣が含まれ、液体残渣には水可溶性リグニンが含まれ、固形残渣には水不溶性リグニンが含まれる。 Note that the "saccharification product" here includes a liquid component, saccharification liquid, and a solid component, saccharification residue. The saccharification liquid contains water-soluble lignin, and the saccharification residue contains water-insoluble lignin. included. The "fermentation product" includes a liquid component of fermentation liquor and a solid component of fermentation residue, the fermentation liquor contains water-soluble lignin, and the fermentation residue contains water-insoluble lignin. The waste liquid contains a liquid residue as a liquid component and a solid residue as a solid component, the liquid residue containing water-soluble lignin, and the solid residue containing water-insoluble lignin.
「有機溶媒可溶性リグニン」とは、有機溶媒に対して可溶性であるリグニンであり、具体的には、後述する抽出工程において、水不溶性リグニンを有機溶媒に添加して、混合し、攪拌した後に、固液分離した際に、液体成分中に含まれるリグニンを示す。有機溶媒可溶性リグニンは、数平均分子量が１０００超３０００以下程度であることから、水に対して不溶性である一方で、有機溶媒に対して可溶性であるものと推察される。 "Organic solvent soluble lignin" is lignin that is soluble in an organic solvent. Specifically, in the extraction process described below, after adding water-insoluble lignin to an organic solvent, mixing, and stirring, Shows the lignin contained in the liquid component when solid-liquid separation is performed. Since organic solvent-soluble lignin has a number average molecular weight of about more than 1,000 and about 3,000 or less, it is presumed that it is insoluble in water but soluble in organic solvents.
「有機溶媒不溶性リグニン」とは、後述する抽出工程において、水不溶性リグニンを有機溶媒に添加して、混合し、攪拌した後に、固液分離した際に、固体成分中に含まれるリグニンを示す。有機溶媒不溶性リグニンは、数平均分子量が３０００超１００００以下と比較的大きいことから、水及び有機溶媒に対して不溶性であるものと推察される。 "Organic solvent-insoluble lignin" refers to lignin contained in a solid component when water-insoluble lignin is added to an organic solvent, mixed, stirred, and then solid-liquid separated in the extraction step described below. Since organic solvent-insoluble lignin has a relatively large number average molecular weight of more than 3,000 and less than 10,000, it is presumed to be insoluble in water and organic solvents.
なお、各リグニンの数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定することができる。 Note that the number average molecular weight of each lignin can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
＜糖化酵素＞
本明細書において、「糖化酵素」としては、セルロースを分解するセルラーゼ、ヘミセルロースを分解するヘミセルラーゼ、デンプンを分解するアミラーゼ等が挙げられる。<Glycating enzyme>
In this specification, examples of "saccharifying enzyme" include cellulase that decomposes cellulose, hemicellulase that decomposes hemicellulose, amylase that decomposes starch, and the like.
前記セルラーゼとしては、セルロースをグルコース等の単糖又はオリゴ糖に分解するものであればよく、例えば、エンドグルカナーゼ（ｅｎｄｏｇｌｕｃａｎａｓｅ；ＥＧ）、セロビオハイドロラーゼ（ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅ；ＣＢＨ）、及びβ－グルコシダーゼ（β－ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ；ＢＧＬ）の各活性の少なくとも１つの活性を有するものが挙げられ、これらの各活性を有する酵素混合物であることが、酵素活性の観点から好ましい。 The cellulase may be one that decomposes cellulose into monosaccharides or oligosaccharides such as glucose, such as endoglucanase (EG), cellobiohydrolase (CBH), and β-glucosidase (β). -glucosidase; BGL), and an enzyme mixture having each of these activities is preferred from the viewpoint of enzyme activity.
前記ヘミセルラーゼとしては、ヘミセルロースをキシロース等の単糖又はオリゴ糖に分解するものであればよく、例えば、キシラナーゼ、キシロシダーゼ、マンナナーゼ、ガラクトシダーゼ、グルクロニダーゼ、及びアラビノフラノシダーゼの各活性の少なくとも１つの活性を有するものが挙げられ、これらの各活性を有する酵素混合物であることが、酵素活性の観点から好ましい。 The hemicellulase may be one that decomposes hemicellulose into monosaccharides or oligosaccharides such as xylose, for example, at least one activity of xylanase, xylosidase, mannanase, galactosidase, glucuronidase, and arabinofuranosidase. An enzyme mixture having each of these activities is preferred from the viewpoint of enzyme activity.
これらセルラーゼ及びヘミセルラーゼ等の糖化酵素の由来は限定されることはなく、例えば、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属、アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、ペニシリウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）属、アエロモナス（Ａｅｒｏｍｏｎｕｓ）属、イルペックス（Ｉｒｐｅｘ）属、スポロトリクム（Ｓｐｏｒｏｔｒｉｃｈｕｍ）属、フミコーラ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）属等の微生物由来のセルラーゼ及びヘミセルラーゼ等の糖化酵素を用いることができる。 The origins of these saccharifying enzymes such as cellulases and hemicellulases are not limited, and include, for example, Trichoderma genus, Acremonium genus, Aspergillus genus, Bacillus genus, Pseudomonas genus Saccharifying enzymes such as cellulases and hemicellulases derived from microorganisms such as the genus Penicillium, the genus Aeromonus, the genus Irpex, the genus Sporotrichum, and the genus Humicola can be used.
＜有機溶媒可溶性リグニンの製造方法＞
本実施形態の製造方法は、以下の工程を含む。
草本系バイオマスを希硫酸蒸解法により前処理する前処理工程；
前記前処理工程で得られた前処理済み草本系バイオマスを酵素により糖化処理する糖化工程；
前記糖化工程で得られた糖化処理生成物を固液分離して糖化残渣を得る固液分離工程；
前記糖化残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する抽出工程<Method for producing organic solvent soluble lignin>
The manufacturing method of this embodiment includes the following steps.
A pretreatment step in which herbaceous biomass is pretreated by a dilute sulfuric acid cooking method;
a saccharification step of saccharifying the pretreated herbaceous biomass obtained in the pretreatment step with an enzyme;
a solid-liquid separation step for obtaining a saccharification residue by solid-liquid separation of the saccharification product obtained in the saccharification step;
an extraction step of adding an organic solvent to the saccharification residue to extract organic solvent-soluble lignin;
本実施形態の製造方法では、前処理工程において、得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量がそれぞれ所定の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御する。 In the production method of this embodiment, the content of β-O-4 bonds, the weight average molecular weight and molecular weight distribution, and the content of hydroxyl groups of the obtained organic solvent-soluble lignin are each within predetermined ranges in the pretreatment step. In this way, the treatment intensity of the dilute sulfuric acid cooking method is controlled.
発明者らは、後述する実施例に示すように、前処理工程における希硫酸蒸解法による処理強度と、β－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量との間に相関関係があることを見出し、これら特性が所定の範囲内である有機溶媒可溶性リグニンを得るために、前処理工程における希硫酸蒸解法による処理強度を制御することで、本発明を完成するに至った。 As shown in the Examples below, the inventors investigated the treatment strength by dilute sulfuric acid cooking in the pretreatment step, the content of β-O-4 bonds, the weight average molecular weight and molecular weight distribution, and the content of hydroxyl groups. We discovered that there is a correlation between It was completed.
本実施形態の製造方法において得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量は、チオアシドリシス法により定量された有機溶媒可溶性リグニンのチオアシドリシスモノマーの含有量で表すことができる。本実施形態の製造方法によれば、このチオアシドリシスモノマーの含有量が９５μｍｏｌ／ｇ以上２４８μｍｏｌ／ｇ以下、好ましくは１７３μｍｏｌ／ｇ以上２４８μｍｏｌ／ｇ以下、より好ましくは２０１μｍｏｌ／ｇ以上２４８μｍｏｌ／ｇ以下の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。 The content of β-O-4 bonds in the organic solvent-soluble lignin obtained in the production method of the present embodiment can be expressed by the content of the thioacidolysis monomer in the organic solvent-soluble lignin determined by the thioacidolysis method. According to the production method of the present embodiment, the content of the thioacidolysis monomer is 95 μmol/g or more and 248 μmol/g or less, preferably 173 μmol/g or more and 248 μmol/g or less, and more preferably 201 μmol/g or more and 248 μmol/g or less. It is possible to produce organic solvent soluble lignin in the range of .
チオアシドリシスモノマーの含有量は、チオアシドリシス法により定量することができ、具体的には、後述する実施例に示す方法を用いて測定することができる。 The content of the thioacidolysis monomer can be determined by the thioacidolysis method, and specifically, it can be measured using the method shown in the Examples described below.
本実施形態の製造方法では、ゲルパーミエーションクロマトグラフ（ＧＰＣ）法により定量された有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量が２４００以上４２００以下の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。ここで数値範囲が規定されている重量平均分子量は、後述する実施例に示すように、有機溶媒可溶性リグニンをＧＰＣ法により測定して得られたクロマトグラムのピークのうち、重量平均分子量が最大であるピークの重量平均分子量の測定値である。 In the production method of the present embodiment, it is possible to produce organic solvent-soluble lignin whose weight average molecular weight, determined by gel permeation chromatography (GPC), is in the range of 2,400 to 4,200. The weight average molecular weight for which the numerical range is defined here is the one with the maximum weight average molecular weight among the peaks in the chromatogram obtained by measuring organic solvent soluble lignin by the GPC method, as shown in the examples below. It is a measurement value of the weight average molecular weight of a certain peak.
重量平均分子量は、ＧＰＣ法により定量することができ、具体的には、後述する実施例に示す方法を用いて測定することができる。 The weight average molecular weight can be determined by the GPC method, and specifically can be measured by using the method shown in the Examples below.
本実施形態の製造方法では、ＧＰＣ法により定量された有機溶媒可溶性リグニンの分子量分布が１．０以上２．０以下の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。ここで数値範囲が規定されている分子量分布は、後述する実施例に示すように、有機溶媒可溶性リグニンをＧＰＣ法により測定して得られたクロマトグラムのピークのうち、重量平均分子量が最大であるピークの重量平均分子量Ｍｗの測定値を数平均分子量Ｍｎの測定値で除した値である。 In the production method of the present embodiment, it is possible to produce organic solvent-soluble lignin whose molecular weight distribution, as determined by GPC, is in the range of 1.0 to 2.0. The molecular weight distribution for which the numerical range is defined here is the one in which the weight average molecular weight is the largest among the peaks in the chromatogram obtained by measuring organic solvent-soluble lignin by the GPC method, as shown in the examples below. It is the value obtained by dividing the measured value of the weight average molecular weight Mw of the peak by the measured value of the number average molecular weight Mn.
分子量分布は、ＧＰＣ法により数平均分子量Ｍｎ及び重量平均分子量Ｍｗを測定し、得られた重量平均分子量Ｍｗを数平均分子量Ｍｎで除することで算出することができる。具体的には、後述する実施例に示す方法を用いて算出することができる。 The molecular weight distribution can be calculated by measuring the number average molecular weight Mn and the weight average molecular weight Mw by the GPC method and dividing the obtained weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn. Specifically, it can be calculated using a method shown in Examples described later.
有機溶媒可溶性リグニンが有する水酸基としては、例えば、脂肪族炭化水素基に結合しているアルコール性水酸基（糖若しくは類縁化合物の修飾基を含む）、芳香族炭化水素基に結合している水酸基（フェノール性水酸基等）、カルボキシ基の末端のＯＨ基等、各種水酸基が挙げられるが、中でも、得られた有機溶媒可溶性リグニンに各種修飾を施す観点から、フェノール性水酸基及びアルコール性水酸基を多く有することが好ましい。フェノール性水酸基には、シリンギル及びグアイアシルのベンゼン環に結合している水酸基も包含される。
本実施形態の製造方法では、水酸基をリン化してリン３１核磁気共鳴分光法（３１Ｐ－ＮＭＲ法）により定量された有機溶媒可溶性リグニンのフェノール性水酸基及びアルコール性水酸基の合計含有量が１３ｍｍｏｌ／ｇ以上２２８ｍｍｏｌ／ｇ以下の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。
また、本実施形態の製造方法では、水酸基をリン化してリン３１核磁気共鳴分光法（３１Ｐ－ＮＭＲ法）により定量された有機溶媒可溶性リグニンのフェノール性水酸基の含有量が７ｍｍｏｌ／ｇ以上３２ｍｍｏｌ／ｇ以下の範囲であり、且つ、アルコール性水酸基の含有量が６ｍｍｏｌ／ｇ以上１９６ｍｍｏｌ／ｇ以下の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。The hydroxyl groups that organic solvent-soluble lignin has include, for example, alcoholic hydroxyl groups bonded to aliphatic hydrocarbon groups (including modified groups of sugars or related compounds), hydroxyl groups bonded to aromatic hydrocarbon groups (phenol hydroxyl groups, etc.), OH groups at the terminals of carboxy groups, etc. Among them, from the viewpoint of applying various modifications to the obtained organic solvent-soluble lignin, it is preferable to have a large number of phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups. preferable. The phenolic hydroxyl group also includes the hydroxyl group bonded to the benzene ring of syringyl and guaiacyl.
In the production method of the present embodiment, the total content of phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups in organic solvent-soluble lignin determined by phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 31P -NMR method) by phosphorizing hydroxyl groups is 13 mmol/ It is possible to produce organic solvent-soluble lignin in a range of 1.5 g to 228 mmol/g.
In addition, in the production method of the present embodiment, the content of phenolic hydroxyl groups in organic solvent-soluble lignin determined by phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 31P -NMR method) by phosphorizing hydroxyl groups is 7 mmol/g or more and 32 mmol or more. /g or less, and an organic solvent-soluble lignin having an alcoholic hydroxyl group content of 6 mmol/g or more and 196 mmol/g or less can be produced.
本実施形態の製造方法によれば、β－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量が上記範囲内である有機溶媒可溶性リグニンが得られる。
次いで、本実施形態の製造方法の各工程について、以下に詳細を説明する。According to the production method of the present embodiment, organic solvent-soluble lignin can be obtained in which the content of β-O-4 bonds, the weight average molecular weight and molecular weight distribution, and the content of hydroxyl groups are within the above ranges.
Next, each step of the manufacturing method of this embodiment will be explained in detail below.
［前処理工程］
前処理工程では、草本系バイオマスを希硫酸蒸解法により前処理する。[Pre-treatment process]
In the pretreatment step, herbaceous biomass is pretreated by dilute sulfuric acid digestion.
希硫酸蒸解法は、希硫酸存在下で加熱及び加圧を行なう方法である。使用する希硫酸は、例えば、草本系バイオマスを含む前処理溶液のｐＨが０．８以上６．７以下程度となるように添加することができる。 The dilute sulfuric acid cooking method is a method of heating and pressurizing in the presence of dilute sulfuric acid. The dilute sulfuric acid used can be added, for example, so that the pH of the pretreatment solution containing herbaceous biomass is about 0.8 or more and 6.7 or less.
前処理工程において、リグニンは、分解反応とともに縮重合反応も進行しており、前処理条件によって構造が変化する。よって、前処理条件の違いで、リグニンの化学構造や縮重合度が変わるため、固液分離工程における液体分画（糖化液）及び固体分画（糖化残渣）に含まれる水可溶性リグニン及び水不溶性リグニンの割合、さらには抽出工程における液体分画（抽出液）及び固体分画（抽出残渣）に含まれる有機溶媒可溶性リグニン及び有機溶媒不溶性リグニンの割合も変わる。 In the pretreatment step, the lignin undergoes a decomposition reaction and a polycondensation reaction, and its structure changes depending on the pretreatment conditions. Therefore, the chemical structure and degree of condensation polymerization of lignin change depending on the pretreatment conditions, so the water-soluble lignin and water-insoluble lignin contained in the liquid fraction (saccharification liquid) and solid fraction (saccharification residue) in the solid-liquid separation process The proportion of lignin and further the proportion of organic solvent-soluble lignin and organic solvent-insoluble lignin contained in the liquid fraction (extract liquid) and solid fraction (extraction residue) in the extraction process also change.
また、前処理の強度、すなわち、リグニン、セルロース及びヘミセルロースを分解する強度は、温度、時間及びｐＨの３つのパラメータによって制御することができる。このことから、処理強度を、上記３つのパラメータを変数とした以下に示す式（Ｉ）で表されたＣＳＩ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｅｖｅｒｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）で評価することができる。なお、ＣＳＩの数値が大きいほど、バイオマスの分解強度が高い傾向があり、ＣＳＩの数値が小さいほど、バイオマスの分解強度が低い傾向がある。式（Ｉ）から算出された数値であるＣＳＩが所定の範囲内となるように前処理条件を設定することで、目的の分解強度を達成することができる。 Furthermore, the intensity of the pretreatment, ie, the intensity of degrading lignin, cellulose, and hemicellulose, can be controlled by three parameters: temperature, time, and pH. From this, the processing intensity can be evaluated using the CSI (Combined Severity Index) expressed by the following formula (I) using the above three parameters as variables. Note that the larger the CSI value, the higher the decomposition strength of biomass, and the smaller the CSI value, the lower the biomass decomposition strength. By setting preprocessing conditions such that CSI, which is a numerical value calculated from formula (I), falls within a predetermined range, the desired decomposition strength can be achieved.
（式（Ｉ）中、Ｘは時間、Ｙは温度、ＺはｐＨである。） (In formula (I), X is time, Y is temperature, and Z is pH.)
後述する実施例に示すように、得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量とＣＳＩの数値との間には、相関関係がある。よって、有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量をそれぞれ上記範囲内とするために、ＣＳＩの数値を制御する。 As shown in the examples below, there is a correlation between the content of β-O-4 bonds, weight average molecular weight and molecular weight distribution, as well as the content of hydroxyl groups and the CSI value of the obtained organic solvent-soluble lignin. There is a relationship. Therefore, the CSI value is controlled in order to keep the β-O-4 bond content, weight average molecular weight and molecular weight distribution, and hydroxyl group content of organic solvent-soluble lignin within the above ranges.
また、ＣＳＩの数値が大きくなるほどバイオマスの分解強度が高くなるが、一方で、ＣＳＩの数値が大きすぎると、後述する実施例に示すように、β－Ｏ－４結合の含有量及び水酸基の含有量が減少し、重量平均分子量が比較的大きく、分子量分布の幅が増大する傾向がある。これは、バイオマスの分解強度が高くなることで、β－Ｏ－４結合が減少し側鎖が増加すること、分解反応よりも縮重合反応が有意となり分子量が増加すること、及び、変性が進んでフェノール性水酸基及びアルコール性水酸基が減少することによるものと推察される。 In addition, the larger the CSI value, the higher the decomposition strength of biomass, but on the other hand, if the CSI value is too large, the content of β-O-4 bonds and the content of hydroxyl groups will increase. There is a tendency for the weight average molecular weight to decrease, the weight average molecular weight to be relatively high, and the width of the molecular weight distribution to increase. This is because as the decomposition intensity of biomass increases, the number of β-O-4 bonds decreases and the number of side chains increases, the condensation reaction becomes more significant than the decomposition reaction and the molecular weight increases, and the denaturation progresses. This is presumed to be due to a decrease in phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups.
β－Ｏ－４結合の含有量を所望の範囲内とする場合に、例えば、チオアシドリシス法により定量された有機溶媒可溶性リグニンのチオアシドリシスモノマーの含有量を増加させるためには、ＣＳＩの数値が小さくなるように制御し、一方、前記チオアシドリシスモノマーの含有量を減少させるためには、ＣＳＩの数値が大きくなるように制御する。 When the content of β-O-4 bonds is within a desired range, for example, in order to increase the content of thioacidolysis monomers in organic solvent-soluble lignin determined by the thioacidolysis method, the value of CSI must be On the other hand, in order to reduce the content of the thioacidolysis monomer, the CSI value is controlled to be large.
重量平均分子量及び分子量分布をそれぞれ所望の範囲内とする場合に、例えば、有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量及び分子量分布を減少させるためには、ＣＳＩの数値が小さくなるように制御し、一方、有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量及び分子量分布を増加させるためには、ＣＳＩの数値が大きくなるように制御する。 For example, in order to reduce the weight average molecular weight and molecular weight distribution of organic solvent-soluble lignin when the weight average molecular weight and molecular weight distribution are respectively within desired ranges, the CSI value is controlled to be small, and on the other hand, In order to increase the weight average molecular weight and molecular weight distribution of organic solvent-soluble lignin, the CSI value is controlled to be large.
水酸基の含有量を所望の範囲内とする場合に、例えば、水酸基をリン化して３１Ｐ－ＮＭＲ法により定量された有機溶媒可溶性リグニンのフェノール性水酸基及びアルコール性水酸基の合計含有量を増加させるためには、ＣＳＩの数値が小さくなるように制御し、一方、前記フェノール性水酸基及びアルコール性水酸基の合計含有量を減少させるためには、ＣＳＩの数値が大きくなるように制御する。When the content of hydroxyl groups is within a desired range, for example, to increase the total content of phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups in organic solvent-soluble lignin as determined by 31P -NMR method by phosphating the hydroxyl groups. In order to reduce the total content of phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups, the CSI value is controlled to be large.
これらのことから、前記チオアシドリシスモノマーの含有量が９５μｍｏｌ／ｇ以上２４８μｍｏｌ／ｇ以下、前記重量平均分子量が２４００以上４２００以下、前記分子量分布が１．０以上２．０以下であり、且つ、フェノール性水酸基及びアルコール性水酸基の合計含有量が１３ｍｍｏｌ／ｇ以上２２８ｍｍｏｌ／ｇ以下である（具体的には、フェノール性水酸基の含有量が７ｍｍｏｌ／ｇ以上３２ｍｍｏｌ／ｇ以下であり、且つ、アルコール性水酸基の含有量が６ｍｍｏｌ／ｇ以上１９６ｍｍｏｌ／ｇ以下である）有機溶媒可溶性リグニンを製造するためには、ＣＳＩは１．０以上３．０以下が好ましく、１．２以上２．８以下がより好ましく、１．５以上２．７以下がさらに好ましく、１．５以上２．５以下が特に好ましい。ＣＳＩが上記範囲内であることで、β－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量が上記範囲内である有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。 From these, the content of the thioacidolysis monomer is 95 μmol/g or more and 248 μmol/g or less, the weight average molecular weight is 2400 or more and 4200 or less, and the molecular weight distribution is 1.0 or more and 2.0 or less, and The total content of phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups is 13 mmol/g or more and 228 mmol/g or less (specifically, the content of phenolic hydroxyl groups is 7 mmol/g or more and 32 mmol/g or less, and In order to produce organic solvent-soluble lignin (having a hydroxyl group content of 6 mmol/g or more and 196 mmol/g or less), the CSI is preferably 1.0 or more and 3.0 or less, and more preferably 1.2 or more and 2.8 or less. It is preferably 1.5 or more and 2.7 or less, more preferably 1.5 or more and 2.5 or less. When the CSI is within the above range, it is possible to produce organic solvent-soluble lignin whose β-O-4 bond content, weight average molecular weight and molecular weight distribution, and hydroxyl group content are within the above range.
前処理工程において、上記ＣＳＩの範囲となる具体的な処理条件としては、ｐＨは０．８以上１．５未満とすることが好ましく、０．８以上１．４以下がより好ましく、０．８以上１．２以下がさらに好ましい。 In the pre-treatment step, as specific treatment conditions within the range of the above CSI, the pH is preferably 0.8 or more and less than 1.5, more preferably 0.8 or more and 1.4 or less, and 0.8 or more. The above value is more preferably 1.2 or less.
温度は、例えば１００℃以上２５０℃以下とすることができ、１２０℃以上２００℃以下とすることができ、１５０℃以上１８０℃以下とすることができる。 The temperature can be, for example, 100°C or more and 250°C or less, 120°C or more and 200°C or less, and 150°C or more and 180°C or less.
時間は例えば３分以上１５０分以下とすることができ、５分以上１２０分以下とすることができ、７分以上９０分以下とすることができ、８分以上４０分以下とすることができる。 For example, the time can be 3 minutes or more and 150 minutes or less, 5 minutes or more and 120 minutes or less, 7 minutes or more and 90 minutes or less, and 8 minutes or more and 40 minutes or less. .
希硫酸蒸解法に用いられる反応容器は蒸気供給式のものであれば特に限定はないが、耐酸性を有するオートクレーブのような加熱圧力装置、又は耐酸性を有する加熱圧力容器を有し、さらにスクリューフィーダーが一体となり連続的に処理を行なえる装置等に入れて処理する形態が考えられる。 The reaction vessel used in the dilute sulfuric acid cooking method is not particularly limited as long as it is of a steam supply type, but it has an acid-resistant heating and pressure device such as an autoclave, or an acid-resistant heating and pressure vessel, and a screw A possible form of processing is to put the feeder into a device that is integrated with the feeder and can perform continuous processing.
前処理工程において、希硫酸蒸解法による処理の前後に、ミル等を用いてバイオマスを粉砕させてもよい。 In the pretreatment step, the biomass may be pulverized using a mill or the like before or after the treatment using the dilute sulfuric acid digestion method.
［糖化工程］
糖化工程では、前処理工程で得られた前処理済み草本系バイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースを基質として、酵素を用いて、糖化反応を行う。[Saccharification process]
In the saccharification step, a saccharification reaction is performed using an enzyme using cellulose and hemicellulose contained in the pretreated herbaceous biomass obtained in the pretreatment step as substrates.
ここでいう酵素とは、主に糖化酵素であり、上記「糖化酵素」において例示されたものを用いることができる。 The enzyme used here mainly refers to a saccharifying enzyme, and those exemplified in the above-mentioned "saccharifying enzyme" can be used.
糖化温度は、４５℃以上７０℃以下が好ましく、４５℃以上５５℃以下がより好ましく、５０℃が特に好ましい。また、糖化時間は１２時間以上１２０時間以下が好ましく、２４時間以上９６時間以下がより好ましく、２４時間以上７２時間以下がさらに好ましい。 The saccharification temperature is preferably 45°C or higher and 70°C or lower, more preferably 45°C or higher and 55°C or lower, particularly preferably 50°C. Moreover, the saccharification time is preferably 12 hours or more and 120 hours or less, more preferably 24 hours or more and 96 hours or less, and even more preferably 24 hours or more and 72 hours or less.
糖化工程は、特別な限定はなく、公知の糖化装置を用いて行なうことができる。具体的には、撹拌型、通気撹拌型、気泡塔型、流動層型、充填層型等の糖化装置が挙げられる。
また、糖化装置は、装置内の温度を一定に保つために、装置の外側に温水循環式のジャケット等の温度調節装置を備えてもよい。The saccharification step is not particularly limited and can be carried out using a known saccharification device. Specifically, saccharification apparatuses include stirring type, aeration stirring type, bubble column type, fluidized bed type, packed bed type, and the like.
Furthermore, the saccharification apparatus may be equipped with a temperature control device such as a hot water circulation type jacket on the outside of the apparatus in order to keep the temperature inside the apparatus constant.
［固液分離工程］
固液分離工程では、糖化工程で得られた糖化処理生成物を固液分離して、液体分画である糖化液と固体分画である糖化残渣とに分けることで、糖化残渣を得る。この糖化残渣には、水不溶性リグニンが含まれる。[Solid-liquid separation process]
In the solid-liquid separation step, the saccharification product obtained in the saccharification step is subjected to solid-liquid separation and divided into a liquid fraction, saccharification liquid, and a solid fraction, saccharification residue, to obtain a saccharification residue. This saccharification residue contains water-insoluble lignin.
固液分離する方法としては、固形分と液体分を分けられる公知の方法を用いることができ、例えば、フィルター、振動篩等によりろ過する方法、遠心分離法、スクリュープレスを用いた分離法等が挙げられ、これらに限定されない。 As a method for solid-liquid separation, known methods that can separate solid content and liquid content can be used, such as filtration using a filter, vibrating sieve, etc., centrifugation, separation using a screw press, etc. These include, but are not limited to:
固液分離工程で得られた糖化液は、糖化液から不純物を取り除き精製して、精糖蜜として販売してもよく、又は、糖化液を微生物発酵により生成される有用成分を製造するために用いてもよい。該有用成分の詳細については、後述する。 The saccharified liquor obtained in the solid-liquid separation process may be purified by removing impurities from the saccharified liquor and sold as refined molasses, or the saccharified liquor may be used to produce useful ingredients produced by microbial fermentation. It's okay. Details of the useful ingredients will be described later.
［抽出工程］
抽出工程では、固液分離工程で得られた糖化残渣に有機溶媒を添加して、有機溶媒可溶性リグニンを抽出する。[Extraction process]
In the extraction step, an organic solvent is added to the saccharification residue obtained in the solid-liquid separation step to extract organic solvent-soluble lignin.
有機溶媒としては、水に対する親和性（親水性）を有するものが好ましい。また、有機溶媒可溶性リグニンの抽出率を向上させる観点から、２０℃の水に対する溶解度が９０ｇ／Ｌ以が好ましく、１００ｇ／Ｌ以上がより好ましく、１２０ｇ／Ｌ以上がさらに好ましい。 The organic solvent preferably has an affinity for water (hydrophilicity). Moreover, from the viewpoint of improving the extraction rate of organic solvent-soluble lignin, the solubility in water at 20° C. is preferably 90 g/L or more, more preferably 100 g/L or more, and even more preferably 120 g/L or more.
また、有機溶媒は、有機溶媒可溶性リグニンの抽出率を向上させる観点から、ＳＰ値が８以上２３以下が好ましく、８以上１６以下がより好ましく、９以上１５以下がさらに好ましい。 Further, from the viewpoint of improving the extraction rate of organic solvent-soluble lignin, the organic solvent preferably has an SP value of 8 or more and 23 or less, more preferably 8 or more and 16 or less, and even more preferably 9 or more and 15 or less.
なお、ここで、「ＳＰ値」とは、溶解性パラメータ（Solubility Parameter；ＳＰ値）を意味し、Ｆｅｄｏｒｓの方法（参考文献１：「Fedors R. F., “A Method for Estimating Both the Solubility Parameters and Molar Volumes of liquids”, Polymer Engineering and Science, Vol. 14, No. 2, p147-154, 1974.」参照）により、下記のＦｅｄｏｒｓの式に基づいて求められた値δ［（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２］であり、化合物の化学構造の原子または原子団の蒸発エネルギーの総和（Δｅｉ）とモル体積の総和（Δｖｉ）の比の平方根から求められる。Here, “SP value” means a solubility parameter (SP value), and is based on the Fedors method (Reference 1: “Fedors RF, “A Method for Estimating Both the Solubility Parameters and Molar Volumes”). The value δ [(cal/cm 3 ) 1/ 2 ] and is determined from the square root of the ratio of the sum of evaporation energies (Δei) of atoms or atomic groups in the chemical structure of the compound to the sum of molar volumes (Δvi).
Ｆｅｄｏｒｓの式： δ＝（ΣΔｅｉ／ΣΔｖｉ）１／２ Fedors formula: δ=(ΣΔei/ΣΔvi) 1/2
このような有機溶媒として具体的には、例えば、アルコール類、ニトリル類、エーテル類、ケトン類が挙げられる。これらの有機溶媒は１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。 Specific examples of such organic solvents include alcohols, nitriles, ethers, and ketones. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、ジエチレングリコール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、２－ブタノール、イソブタノール、ｔ－ブチルアルコール等が挙げられる。 Examples of alcohols include methanol, ethanol, diethylene glycol, n-propanol, isopropanol, 2-butanol, isobutanol, and t-butyl alcohol.
ニトリル類としては、例えば、アセトニトリル等が挙げられる。 Examples of nitriles include acetonitrile.
エーテル類としては、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等が挙げられる。 Examples of ethers include dioxane and tetrahydrofuran (THF).
ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。 Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone.
中でも、有機溶媒としては、有機溶媒可溶性リグニンの抽出率が優れることから、メタノール、エタノール、ＴＨＦ、又はアセトンが好ましく、アセトンがより好ましい。これらの有機溶媒は、グルコース、キシロース等のバイオマスの糖化物の溶解度が低く、さらにセルロースやヘミセルロース等も溶解しないことから、リグニンを効率的に抽出することができる。 Among these, as the organic solvent, methanol, ethanol, THF, or acetone is preferable, and acetone is more preferable, since the extraction rate of organic solvent-soluble lignin is excellent. These organic solvents have low solubility of saccharified biomass such as glucose and xylose, and do not dissolve cellulose or hemicellulose, so they can efficiently extract lignin.
また、抽出工程では、有機溶媒と水との混合溶媒を用いることができる。有機溶媒に対する水の割合としては、質量比で０／１００超４０／６０以下が好ましく、１０／９０以上４０／６０以下がより好ましく、２０／８０以上４０／６０以下がさらに好ましい。割合が上記範囲内であることで、有機溶媒可溶性リグニンをより効率よく抽出することができる。 Further, in the extraction step, a mixed solvent of an organic solvent and water can be used. The ratio of water to the organic solvent is preferably more than 0/100 and 40/60 or less, more preferably 10/90 or more and 40/60 or less, and even more preferably 20/80 or more and 40/60 or less. When the ratio is within the above range, organic solvent-soluble lignin can be extracted more efficiently.
また、有機溶媒と水との混合溶媒を用いる場合に、該水には、糖化残渣に含まれる水分も含まれる。例えば、含水率が６０質量％である糖化残渣１質量部に対して、濃度が９０質量％である有機溶媒（好ましくは、アセトン又はエタノール）４質量部以上５質量部以下程度を添加することで、有機溶媒に対する水の割合である上記範囲内の条件下で抽出を行なうことができる。 Furthermore, when a mixed solvent of an organic solvent and water is used, the water also includes water contained in the saccharification residue. For example, by adding between 4 parts and 5 parts by mass of an organic solvent (preferably acetone or ethanol) with a concentration of 90% by mass to 1 part by mass of saccharification residue with a water content of 60% by mass. , the ratio of water to organic solvent can be carried out under conditions within the above ranges.
抽出方法としては、例えば、糖化残渣と有機溶媒とを混合及び攪拌して、有機溶媒可溶性リグニンを有機溶媒に溶解させる。抽出工程は、例えば、ロートセル型抽出装置等の公知の抽出装置を用いて行なうことができる。 As an extraction method, for example, the saccharification residue and an organic solvent are mixed and stirred, and the organic solvent-soluble lignin is dissolved in the organic solvent. The extraction step can be carried out using a known extraction device such as a funnel cell type extraction device.
溶媒（有機溶媒又は有機溶媒と水との混合溶媒）の添加量は、糖化残渣の乾燥質量に対して質量比で２倍以上４０倍以下とすることができ、２倍以上３０倍以下とすることができ、２倍以上２０倍以下とすることができ、５倍以上１５倍以下とすることができ、これに限定されない。 The amount of the solvent (organic solvent or mixed solvent of organic solvent and water) added can be 2 times or more and 40 times or less, and 2 times or more and 30 times or less, based on the dry mass of the saccharification residue. It can be 2 times or more and 20 times or less, and it can be 5 times or more and 15 times or less, but is not limited thereto.
抽出時間（糖化残渣と有機溶媒との混合及び攪拌を行う時間）は、例えば、３０分以上２４０分以下とすることができ、これに限定されない。また、抽出工程において有機溶媒可溶性リグニンが有機溶媒に溶解し、抽出液が得られるまでの温度条件は、使用する有機溶媒の沸点以下の温和な温度条件下で行うことができ、例えば、室温（具体的には、１５℃以上３５℃以下程度）条件下で行うことができる。攪拌速度等のその他の条件は、糖化残渣及び有機溶媒の混合量に応じて、適宜設定することができる。 The extraction time (the time for mixing and stirring the saccharification residue and the organic solvent) can be, for example, 30 minutes or more and 240 minutes or less, but is not limited thereto. In addition, in the extraction step, the temperature conditions until the organic solvent-soluble lignin is dissolved in the organic solvent and an extract is obtained can be carried out under mild temperature conditions below the boiling point of the organic solvent used, such as room temperature ( Specifically, it can be carried out under conditions of approximately 15° C. or higher and 35° C. or lower). Other conditions such as stirring speed can be appropriately set depending on the amount of saccharification residue and organic solvent mixed.
次いで、攪拌後の溶液を固液分離することで、有機溶媒可溶性リグニンを含む抽出液を得ることができる。固液分離する方法としては、上記「固液分離工程」で例示された方法と同様の方法が挙げられる。抽出液に含まれる有機溶媒可溶性リグニンは、蒸留塔等を用いる等の公知の方法で有機溶媒を除去することで粉末状の有機溶媒可溶性リグニンとして得られる。
このとき、除去された有機溶媒は、コンデンサ等の凝縮器を用いて冷却濃縮して回収し、再利用することが好ましい。Next, by subjecting the stirred solution to solid-liquid separation, an extract containing organic solvent-soluble lignin can be obtained. Examples of the solid-liquid separation method include the same methods as those exemplified in the "solid-liquid separation step" above. The organic solvent-soluble lignin contained in the extract can be obtained as powdered organic solvent-soluble lignin by removing the organic solvent by a known method such as using a distillation column.
At this time, it is preferable that the removed organic solvent is collected by cooling and condensing using a condenser such as a condenser, and then reused.
［その他の工程］
本実施形態の製造方法は、上記工程に加えて、更に、その他の工程を含んでもよい。[Other processes]
The manufacturing method of this embodiment may further include other steps in addition to the above steps.
本実施形態の製造方法は、糖化工程後に、発酵工程を更に含んでもよい。
発酵工程では、糖化工程で得られた糖化液に微生物を添加し、攪拌ながら発酵反応を行う。発酵反応において、微生物が糖化液中のグルコースやキシロース等の単糖やオリゴ糖を摂取することで、有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分が生成される。The manufacturing method of this embodiment may further include a fermentation step after the saccharification step.
In the fermentation process, microorganisms are added to the saccharified liquid obtained in the saccharification process, and a fermentation reaction is performed while stirring. In the fermentation reaction, microorganisms ingest monosaccharides and oligosaccharides such as glucose and xylose in the saccharification solution, producing useful components different from organic solvent-soluble lignin.
また、本実施形態の製造方法は、糖化工程後であって、固液分離工程前に、発酵工程を更に含んでもよい。この場合、発酵工程では、糖化工程で得られた糖化生成物（糖化液及び糖化残渣）に微生物を添加し、攪拌ながら発酵反応を行う。また、固液分離工程では、発酵工程で得られた発酵生成物を固液分離して発酵残渣を得る。さらに、抽出工程では、発酵残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する。
リグニンの構造の変質（化学構造や縮重合度の変化）は上記前処理工程以外ではほとんど影響を受けず、リグニンは難分解性を示す。そのため、発酵工程や後述する精製工程を経ても、得られる有機溶媒可溶性リグニンの物性や収量はほとんど変化しないものと推察され、発酵工程後に得られる発酵生成物から分離された発酵残渣や精製工程後に得られる廃液から分離された固形残渣を、有機溶媒可溶性リグニンの抽出対象原料として上記糖化残渣と同様に用いることができる。Moreover, the manufacturing method of this embodiment may further include a fermentation step after the saccharification step and before the solid-liquid separation step. In this case, in the fermentation process, microorganisms are added to the saccharification products (saccharification liquid and saccharification residue) obtained in the saccharification process, and the fermentation reaction is performed while stirring. Further, in the solid-liquid separation step, the fermentation product obtained in the fermentation step is subjected to solid-liquid separation to obtain a fermentation residue. Furthermore, in the extraction step, an organic solvent is added to the fermentation residue to extract organic solvent-soluble lignin.
Alterations in the structure of lignin (changes in chemical structure and degree of polycondensation) are hardly affected by processes other than the above-mentioned pretreatment process, and lignin is difficult to decompose. Therefore, it is presumed that the physical properties and yield of the organic solvent-soluble lignin will hardly change even after the fermentation process and the purification process described below. The solid residue separated from the resulting waste liquid can be used as a raw material for extraction of organic solvent-soluble lignin in the same manner as the saccharification residue described above.
発酵工程で用いられる微生物としては、目的の有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分を生成できるものであれば、特別な限定はない。具体的には、酵母や細菌等が挙げられ、遺伝子組換え微生物も好ましく用いられる。遺伝子組換え微生物とは、アルコール等の目的の有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分への変換に必要な酵素遺伝子を有していない微生物に、遺伝子工学技術によりこれら遺伝子を導入し、アルコール等の目的の有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分の生成を可能にしたものである。遺伝子組換え微生物としては、例えば、アルコール発酵性を有する遺伝子組換え大腸菌等が挙げられる。中でも、本実施形態の製造方法で用いられる微生物としては、酵母が好ましい。 The microorganism used in the fermentation process is not particularly limited as long as it can produce a useful component different from the target organic solvent-soluble lignin. Specific examples include yeast and bacteria, and genetically modified microorganisms are also preferably used. Genetically modified microorganisms are microorganisms that do not have the enzyme genes necessary to convert lignin into a useful component different from the target organic solvent-soluble lignin, such as alcohol, by introducing these genes through genetic engineering technology. This enables the production of useful components different from the target organic solvent-soluble lignin. Examples of genetically modified microorganisms include genetically modified Escherichia coli having alcohol-fermenting properties. Among these, yeast is preferable as the microorganism used in the production method of this embodiment.
また、微生物は微生物を含む培養液をそのまま使用してもよく、又は、微生物を含む培養液を遠心分離により濃縮したもの、乾燥状態のもの等を適宜使用してよい。
使用する微生物の量は、微生物の増殖速度、発酵装置の大きさ、及び発酵に用いる糖化液の量等を元に算出すればよい。Further, as the microorganism, a culture solution containing the microorganism may be used as it is, or a culture solution containing the microorganism concentrated by centrifugation, a dried state, etc. may be used as appropriate.
The amount of microorganisms to be used may be calculated based on the growth rate of the microorganisms, the size of the fermentation apparatus, the amount of saccharification liquid used for fermentation, etc.
中でも、発酵工程では、微生物として酵母を用いて、糖化生成物を発酵して、有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分としてエタノール等のアルコールを生成させることが好ましい。 Among these, in the fermentation step, it is preferable to use yeast as a microorganism to ferment the saccharification product to produce alcohol such as ethanol as a useful component different from organic solvent-soluble lignin.
発酵工程は従来技術に基づき適宜行えばよく、例えば、発酵温度は、２５℃以上５０℃以下が好ましく、２８℃以上３５℃以下がより好ましく、３２℃が特に好ましい。また、発酵時間は、２４時間以上１２０時間以下が好ましく、２４時間以上９６時間以下がより好ましく、２４時間以上７２時間以下がさらに好ましい。 The fermentation step may be carried out as appropriate based on conventional technology. For example, the fermentation temperature is preferably 25°C or higher and 50°C or lower, more preferably 28°C or higher and 35°C or lower, and particularly preferably 32°C. Further, the fermentation time is preferably 24 hours or more and 120 hours or less, more preferably 24 hours or more and 96 hours or less, and even more preferably 24 hours or more and 72 hours or less.
発酵工程は、特別な限定はなく、公知の発酵装置を用いて行なうことができる。具体的には、撹拌型、通気撹拌型、気泡塔型、流動層型、充填層型等の発酵装置が挙げられ、これらに限定されない。
また、発酵装置は装置内の温度を一定に保つために、装置の外側に温水循環式のジャケット等の温度調節装置を備えていてもよい。The fermentation process is not particularly limited and can be carried out using a known fermentation apparatus. Specifically, fermentation apparatuses include, but are not limited to, a stirring type, an aeration stirring type, a bubble column type, a fluidized bed type, a packed bed type, and the like.
Further, the fermentation device may be equipped with a temperature control device such as a hot water circulation type jacket on the outside of the device in order to keep the temperature inside the device constant.
本実施形態の製造方法は、発酵工程後に、精製工程を更に含んでもよい。
精製工程では、発酵工程で得られた発酵生成物から有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分を取り出す。The manufacturing method of this embodiment may further include a purification step after the fermentation step.
In the purification process, useful components different from organic solvent-soluble lignin are extracted from the fermentation product obtained in the fermentation process.
また、本実施形態の製造方法は、発酵工程後であって、固液分離工程前に、精製工程を更に含んでもよい。この場合、精製工程では、発酵工程で得られた発酵生成物から有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分を取り出す。これにより、有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分が取り出された後に廃液が排出される。該廃液には、水可溶性リグニン及び水不溶性リグニンが含まれる。また、固液分離工程では、精製工程で得られた廃液を固液分離して廃液中の固形残渣を得る。さらに、抽出工程では、固形残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する。上述したように、リグニンの構造の変質（化学構造や縮重合度の変化）は上記前処理工程以外ではほとんど影響を受けず、リグニンは難分解性を示す。そのため、精製工程を経ても、得られる有機溶媒可溶性リグニンの物性や収量はほとんど変化しないものと推察され、精製工程後に得られる廃液から分離された固形残渣を、有機溶媒可溶性リグニンの抽出対象原料として上記糖化残渣と同様に用いることができる。 Moreover, the manufacturing method of this embodiment may further include a purification step after the fermentation step and before the solid-liquid separation step. In this case, in the purification step, useful components different from organic solvent-soluble lignin are extracted from the fermentation product obtained in the fermentation step. As a result, the waste liquid is discharged after useful components different from organic solvent-soluble lignin are extracted. The waste liquid contains water-soluble lignin and water-insoluble lignin. In the solid-liquid separation step, the waste liquid obtained in the purification process is separated into solid and liquid to obtain a solid residue in the waste liquid. Furthermore, in the extraction step, an organic solvent is added to the solid residue to extract organic solvent-soluble lignin. As described above, structural changes in lignin (changes in chemical structure and degree of polycondensation) are hardly affected by processes other than the above-mentioned pretreatment process, and lignin is difficult to decompose. Therefore, it is presumed that the physical properties and yield of the organic solvent-soluble lignin will hardly change even after the purification process, and the solid residue separated from the waste liquid obtained after the purification process is used as the raw material for extraction of the organic solvent-soluble lignin. It can be used in the same manner as the saccharification residue described above.
有機溶媒可溶性リグニンとは異なる有用成分とは、草本系バイオマスを分解して得られた単糖及びオリゴ糖を、酵母等の微生物が摂取することにより生成された化合物を意味する。有用成分として具体的には、例えば、エタノール、ブタノール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、グリセロール等のアルコール；ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸、クエン酸、乳酸等の有機酸；イノシン、グアノシン等のヌクレオシド；イノシン酸、グアニル酸等のヌクレオチド；カダベリン等のジアミン化合物等が挙げられる。発酵によって得られた化合物が乳酸等のモノマーである場合は、重合によりポリマーに変換することもある。中でも、上述した発酵工程で生成される有用成分としては、エタノールが好ましい。 The useful component different from organic solvent-soluble lignin means a compound produced by microorganisms such as yeast ingesting monosaccharides and oligosaccharides obtained by decomposing herbaceous biomass. Specifically, useful ingredients include alcohols such as ethanol, butanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, and glycerol; pyruvic acid, succinic acid, malic acid, itaconic acid, citric acid, lactic acid, etc. nucleosides such as inosine and guanosine; nucleotides such as inosinic acid and guanylic acid; and diamine compounds such as cadaverine. If the compound obtained by fermentation is a monomer such as lactic acid, it may be converted into a polymer by polymerization. Among these, ethanol is preferable as the useful component produced in the above-mentioned fermentation process.
精製方法としては、草本系バイオマス化合物がアルコール類である場合は、例えば、前記発酵液を蒸留する方法（蒸留法）等が挙げられる。また、草本系バイオマス化合物がアミノ酸類である場合は、例えば、イオン交換法、活性炭を用いた異物の吸着除去法等が挙げられる。中でも、発酵工程で、微生物として酵母を用いて、糖化生成物を発酵して、有用成分としてエタノール等のアルコールを生成させた後、精製工程で、蒸留法により発酵生成物からエタノール等のアルコールを取り出すことが好ましい。 When the herbaceous biomass compound is an alcohol, the purification method includes, for example, a method of distilling the fermentation liquid (distillation method). Furthermore, when the herbaceous biomass compound is an amino acid, examples thereof include an ion exchange method and a method for adsorbing and removing foreign substances using activated carbon. Among these, in the fermentation process, yeast is used as a microorganism to ferment the saccharification product to produce alcohol such as ethanol as a useful component, and then in the purification process, alcohol such as ethanol is extracted from the fermentation product using a distillation method. It is preferable to take it out.
＜有機溶媒可溶性リグニンの使用用途＞
本実施形態の製造方法で得られた有機溶媒可溶性リグニンは、フェノール性水酸基を有するため、各種修飾を施すことができる。例えば、有機溶媒可溶性リグニンにエピハロゲノヒドリン（例えば、エピクロロヒドリン等）を付加反応させることでエポキシ樹脂が得られる。また、例えば、有機溶媒可溶性リグニンとイソシアネート化合物と反応させることで、ウレタン樹脂が得られる。また、例えば、ヘキサミンを硬化剤として用いて有機溶媒可溶性リグニンの硬化反応を行なうことで、フェノール樹脂が得られる。有機溶媒可溶性リグニンは芳香族骨格を含むことから、耐火性、耐熱性、硬度等の機械的物性に優れた原料とすることができ、上記各種樹脂は、電気基板材料や耐熱プラスチック材料等として利用することができる。或いは、有機溶媒可溶性リグニンは分散性に優れることから、例えば、有機溶媒可溶性リグニンに長鎖炭化水素基等を導入させる修飾を施すことで、界面活性剤として利用することもできる。<Uses of organic solvent soluble lignin>
Since the organic solvent-soluble lignin obtained by the production method of this embodiment has a phenolic hydroxyl group, it can be subjected to various modifications. For example, an epoxy resin can be obtained by subjecting organic solvent-soluble lignin to an addition reaction with epihalogenohydrin (e.g., epichlorohydrin). Further, for example, a urethane resin can be obtained by reacting an organic solvent-soluble lignin with an isocyanate compound. Further, for example, a phenol resin can be obtained by performing a curing reaction of organic solvent-soluble lignin using hexamine as a curing agent. Since organic solvent-soluble lignin contains an aromatic skeleton, it can be used as a raw material with excellent mechanical properties such as fire resistance, heat resistance, and hardness, and the various resins mentioned above can be used as electrical board materials, heat-resistant plastic materials, etc. can do. Alternatively, since organic solvent-soluble lignin has excellent dispersibility, it can also be used as a surfactant by, for example, modifying organic solvent-soluble lignin to introduce a long-chain hydrocarbon group or the like.
一般に、化成品合成原料には、（１）立体障害が少ない（直鎖構造を多く有する）；（２）比較的低分子である；（３）水酸基が多い、ということが仕様として求められる。本実施形態の製造方法で得られた有機溶媒可溶性リグニンは、上述のとおり、β－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに水酸基の含有量が所定の範囲であるものであり、上記仕様に応え得るリグニンを提供することができる。 In general, chemical product synthesis raw materials are required to have (1) low steric hindrance (having many linear structures); (2) relatively low molecular weight; and (3) many hydroxyl groups. As described above, the organic solvent-soluble lignin obtained by the production method of this embodiment has a content of β-O-4 bonds, a weight average molecular weight and a molecular weight distribution, and a content of hydroxyl groups within a predetermined range. We can provide lignin that meets the above specifications.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
［実施例１］
（希硫酸蒸解法の条件検討）
草本系バイオマスであるネピアグラスを用いて、表１に示す各条件で希硫酸蒸解法を行なった。具体的には、希硫酸蒸解法のよる処理は、ネピアグラスに以下のｐＨ条件となるように希硫酸を添加した後、水蒸気供給型加圧式前処理装置を用いて行なった。[Example 1]
(Study of conditions for dilute sulfuric acid cooking method)
Using Napier grass, which is an herbaceous biomass, a dilute sulfuric acid cooking method was carried out under the conditions shown in Table 1. Specifically, the treatment using the dilute sulfuric acid cooking method was performed using a steam supply type pressurized pretreatment device after adding dilute sulfuric acid to napier grass so that the following pH conditions were achieved.
なお、表１において、ＣＳＩ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｅｖｅｒｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）は、希硫酸蒸解法の条件のパラメータである温度、ｐＨ及び処理時間を変数として以下に示す式（Ｉ）を用いて算出される数値である。ＣＳＩの数値が大きいほど、リグニンの分解強度が高く、ＣＳＩの数値が小さいほど、リグニンの分解強度が低い。 In Table 1, CSI (Combined Severity Index) is a numerical value calculated using the following formula (I) using temperature, pH, and treatment time, which are parameters of the dilute sulfuric acid cooking method, as variables. The larger the CSI value, the higher the lignin decomposition strength, and the smaller the CSI value, the lower the lignin decomposition strength.
（式（Ｉ）中、Ｘは時間、Ｙは温度、ＺはｐＨである。） (In formula (I), X is time, Y is temperature, and Z is pH.)
上記各条件で前処理を行なったネピアグラスについて、糖化酵素（セルラーゼ及びヘミセルラーゼ）を加えて糖化処理を行い、糖化生成物を得た。得られた糖化生成物をろ過して、糖化残渣を得た。 Napier grass pretreated under each of the above conditions was subjected to saccharification treatment by adding saccharification enzymes (cellulase and hemicellulase) to obtain saccharification products. The obtained saccharification product was filtered to obtain a saccharification residue.
（有機溶媒可溶性リグニンの抽出）
次いで、上記プロセスで得られた糖化残渣を乾燥させて糖化残渣乾燥物を得た。この糖化残渣乾燥物を用いて、有機溶媒可溶性リグニンの抽出を行なった。
まず、糖化残渣乾燥物１ｇを、アセトン４０ｍＬ（３１．１ｇ）に添加し、室温（２０℃）下で、３０分間攪拌した後、遠心分離機を用いて固液分離し、抽出液と抽出残渣とを得た。抽出液及び抽出残渣をそれぞれ乾燥させて、抽出液乾燥物及び抽出残渣乾燥物を得た。(Extraction of organic solvent soluble lignin)
Next, the saccharification residue obtained in the above process was dried to obtain a dried saccharification residue. Organic solvent-soluble lignin was extracted using this dried saccharification residue.
First, 1 g of dried saccharification residue was added to 40 mL (31.1 g) of acetone, stirred for 30 minutes at room temperature (20°C), and then solid-liquid separated using a centrifuge to separate the extract and the extraction residue. I got this. The extract and the extraction residue were each dried to obtain a dried extract and a dried extraction residue.
（有機溶媒可溶性リグニンの物性）
上記抽出液乾燥物に含まれる有機溶媒可溶性リグニンの各種物性を調べた。(Physical properties of organic solvent soluble lignin)
Various physical properties of the organic solvent-soluble lignin contained in the dried extract were investigated.
（１）β－Ｏ－４結合の含有量
有機溶媒可溶性リグニン中のβ－Ｏ－４結合の含有量は、チオアシドリシス法を用いて測定した。チオアシドリシス法では、β－Ｏ－４結合を開裂させることでシリンギル及びグアイアシルからなるチオアシドリシスモノマーを含む分解物が生成され、その分解物の分析を行うことで、リグニンに含まれるβ－Ｏ－４結合を定量する。すなわち、β－Ｏ－４結合の含有量として、チオアシドリシスモノマーの含有量を定量する。具体的には、まず、各サンプル５ｍｇをジオキサン／エタンチオール（９：１）溶液に添加し、１００℃で４時間加熱処理した。次いで、加熱処理後の溶液を炭酸水素ナトリウムで中和し、塩酸を加えて、塩化ナトリウムを沈殿させて、ろ過し、脱ナトリウム処理を行なった。ろ液に塩化メチレンを加えて、塩化メチレン相にモノマーを抽出した。得られた抽出液を濃縮した。濃縮液にシリル化剤としてＮ，Ｏ－Ｂｉｓ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌ）ｔｒｉｆｌｕｏｒｏａｃｅｔａｍｉｄｅ（ＢＳＴＦＡ）のピリジン溶液を添加し、室温で３０分以上６０分以下程度攪拌して、誘導体化したサンプルを調製した。誘導体化したサンプルを以下に示す測定条件のガスクロマトグラフィー－質量分析（ＧＣ－ＭＳ）により測定して、シリンギル（Ｓ）及びグアイアシル（Ｇ）からなるチオアシドリシスモノマーの含有量を算出した。結果を図１に示す。図１において、「チオアシドリシス Ｓ＋Ｇ」とは、シリンギル（Ｓ）及びグアイアシル（Ｇ）からなるチオアシドリシスモノマーの含有量（μｍｏｌ／ｇ）である。(1) Content of β-O-4 bonds The content of β-O-4 bonds in organic solvent-soluble lignin was measured using the thioacidolysis method. In the thioacidolysis method, a decomposition product containing a thioacidolysis monomer consisting of syringyl and guaiacyl is generated by cleaving the β-O-4 bond, and by analyzing the decomposition product, the β-O- 4. Quantify binding. That is, the content of the thioacidolysis monomer is determined as the content of β-O-4 bonds. Specifically, 5 mg of each sample was first added to a dioxane/ethanethiol (9:1) solution and heat-treated at 100° C. for 4 hours. Next, the solution after the heat treatment was neutralized with sodium hydrogen carbonate, hydrochloric acid was added to precipitate sodium chloride, and the solution was filtered to perform sodium removal treatment. Methylene chloride was added to the filtrate to extract the monomer into the methylene chloride phase. The obtained extract was concentrated. A pyridine solution of N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide (BSTFA) was added as a silylating agent to the concentrated solution, and the mixture was stirred at room temperature for about 30 minutes or more and 60 minutes or less to prepare a derivatized sample. The derivatized sample was measured by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) under the measurement conditions shown below, and the content of thioacidolysis monomers consisting of syringyl (S) and guaiacyl (G) was calculated. The results are shown in Figure 1. In FIG. 1, "thioacidolysis S+G" is the content (μmol/g) of thioacidolysis monomers consisting of syringyl (S) and guaiacyl (G).
（測定条件）
ＧＣ／ＭＳ装置：Ｓｈｉｍａｄｚｕ ＧＣＭＳ－ＱＰ２０１０ＳＥ
カラム：ＤＢ－５ＭＳ ｃｏｌｕｍｎ（３０ｍ×０．２５ｍｍ、ｉｄ、０．２５μｍ膜厚）
カラム温度：１７０℃、３ｍｉｎ、２℃／ｍｉｎで２８０℃まで昇温後３０ｍｉｎ保持
カラム流量：１．０ｍＬ／ｍｉｎ
注入口温度：２５０℃
注入法：スプリット法
イオン源温度：２００℃
インターフェイス温度：２５０℃
イオン化法：ＥＩ
試料量：１．０μＬ(Measurement condition)
GC/MS device: Shimadzu GCMS-QP2010SE
Column: DB-5MS column (30m x 0.25mm, id, 0.25μm film thickness)
Column temperature: 170°C, 3min, heated up to 280°C at 2°C/min, then held for 30min Column flow rate: 1.0mL/min
Inlet temperature: 250℃
Implantation method: Split method Ion source temperature: 200℃
Interface temperature: 250℃
Ionization method: EI
Sample amount: 1.0μL
図１から、ＣＳＩが大きくなることで、チオアシドリシスモノマーの含有量、すなわち、β－Ｏ－４結合の含有量が減少する傾向がみられた。これは、希硫酸蒸解法による処理強度が強まることで、直鎖構造が分解されて、側鎖が増加することによるものであると推察された。
また、ＣＳＩが１．２７以上２．９５以下の範囲において、β－Ｏ－４結合の含有量としてチオアシドリシス法により定量された有機溶媒可溶性リグニンのチオアシドリシスモノマーの含有量は９５μｍｏｌ／ｇ以上２４８μｍｏｌ／ｇ以下であった。
これらのことから、チオアシドリシスモノマーの含有量、すなわち、β－Ｏ－４結合の含有量が特定の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを得るために、ＣＳＩの制御が有効であることが示唆された。From FIG. 1, there was a tendency for the content of thioacidolysis monomers, that is, the content of β-O-4 bonds, to decrease as the CSI increased. It was inferred that this was because the linear structure was decomposed and the number of side chains increased due to the increased treatment intensity of the dilute sulfuric acid cooking method.
In addition, in the range of CSI from 1.27 to 2.95, the content of thioacidolysis monomers in organic solvent-soluble lignin determined by the thioacidolysis method as the content of β-O-4 bonds is 95 μmol/g to 248 μmol. /g or less.
These results suggest that controlling CSI is effective in obtaining organic solvent-soluble lignin in which the content of thioacydolysis monomers, that is, the content of β-O-4 bonds, is within a specific range. Ta.
（２）重量平均分子量及び分子量分布
試料として、ＣＳＩが１．２７、１．８７、２．３６、２．６６及び２．９５の条件下で前処理したネピアグラスを用いて得られた有機溶媒可溶性リグニンを用いた。有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量Ｍｗ及び数平均分子量Ｍｎを、以下に示す測定条件のＧＰＣにより測定した。得られた数平均分子量Ｍｎで重量平均分子量Ｍｗを除することで、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎを得た。(2) Weight average molecular weight and molecular weight distribution Organic solvent obtained using Napier glass pretreated under conditions with CSI of 1.27, 1.87, 2.36, 2.66, and 2.95 as samples. Soluble lignin was used. The weight average molecular weight Mw and number average molecular weight Mn of the organic solvent soluble lignin were measured by GPC under the measurement conditions shown below. By dividing the weight average molecular weight Mw by the obtained number average molecular weight Mn, a molecular weight distribution Mw/Mn was obtained.
（測定条件）
装置：Ｓｈｉｍａｄｚｕ Ｐｒｏｍｉｎｅｎｃｅシステム
カラム：東ソー社製、ＴＳＫｇｅｌ Ｓｕｐｅｒｍｕｌｔｉｐｏｒｅ ＨＺ－Ｍ ４．６ｍｍ×１５０ｍｍ ３連
キャリア：テトラヒドロフラン（ＴＨＦ、安定剤不含）
検出方法：ＵＶ ２８０ｎｍ、吸光
試料濃度：４ｍｇ／ｍＬ
流出量：０．３５ｍＬ／ｍｉｎ
カラム温度：４０℃(Measurement condition)
Equipment: Shimadzu Prominence System Column: Tosoh Corporation, TSKgel Supermultipore HZ-M 4.6 mm x 150 mm Triple carrier: Tetrahydrofuran (THF, stabilizer free)
Detection method: UV 280nm, absorption sample concentration: 4mg/mL
Outflow amount: 0.35mL/min
Column temperature: 40℃
図２Ａは、ＣＳＩが１．２７、１．８７、２．３６、２．６６及び２．９５の条件下で前処理したネピアグラスを用いて得られた有機溶媒可溶性リグニンをゲルパーミエーションクロマトグラフ法により測定して得られたクロマトグラムである。図２Ａに示す各クロマトグラムの各ピークにおける重量平均分子量Ｍｗ、数平均分子量Ｍｎ及び分子量分布Ｍｗ／Ｍｎを以下の表２に示す。 Figure 2A shows gel permeation chromatography of organic solvent-soluble lignin obtained using Napier grass pretreated under conditions of CSI of 1.27, 1.87, 2.36, 2.66, and 2.95. This is a chromatogram obtained by measurement using the method. The weight average molecular weight Mw, number average molecular weight Mn, and molecular weight distribution Mw/Mn at each peak of each chromatogram shown in FIG. 2A are shown in Table 2 below.
図２Ｂは、図２Ａに示すクロマトグラムのピークのうち重量平均分子量が最大であるピーク（上記表２のピーク１）の重量平均分子量の測定値を示すグラフである。
FIG. 2B is a graph showing the measured values of the weight average molecular weight of the peak with the highest weight average molecular weight (
図２Ａ及び図２Ｂから、ＣＳＩが大きくなることで、重量平均分子量が増加し、分子量分布の幅が増大し、有機溶媒可溶性リグニン全体に対して重量平均分子量が２００以下程度の分子量が低い有機溶媒可溶性リグニンの割合が低下する傾向がみられた。また、ＣＳＩが１．２７以上２．９５以下の範囲において、図２Ａに示すクロマトグラムのピークのうち重量平均分子量Ｍｗが最大であるピークの重量平均分子量の測定値は２４５３以上４１５１以下であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎは１．３２以上１．８６以下であった。
これらのことから、重量平均分子量及び分子量分布が特定の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを得るために、ＣＳＩの制御が有効であることが示唆された。From FIG. 2A and FIG. 2B, it can be seen that as the CSI increases, the weight average molecular weight increases and the width of the molecular weight distribution increases, and organic solvents with a low molecular weight of about 200 or less have a weight average molecular weight relative to the entire organic solvent soluble lignin. There was a tendency for the percentage of soluble lignin to decrease. Further, in the range of CSI from 1.27 to 2.95, the measured value of the weight average molecular weight of the peak with the largest weight average molecular weight Mw among the peaks in the chromatogram shown in FIG. 2A is from 2453 to 4151, The molecular weight distribution Mw/Mn was 1.32 or more and 1.86 or less.
These results suggest that controlling CSI is effective in obtaining organic solvent-soluble lignin having a weight average molecular weight and molecular weight distribution within a specific range.
（３）水酸基の含有量
試料として、ＣＳＩが１．２７、１．５７、２．３６及び２．９５の条件下で前処理したネピアグラスを用いて得られた有機溶媒可溶性リグニンを用いた。有機溶媒可溶性リグニン中の水酸基の含有量は、水酸基をリン化した後、リン３１核磁気共鳴分光法（３１Ｐ－ＮＭＲ法）により定量した。具体的には、有機溶媒可溶性リグニン：２５ｍｇに、２－Ｃｈｌｏｒｏ４，４，５，５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１，３，２－ｄｉｏｘａｐｈｏｓｐｈｏｌａｎｅ：１１５ｍｇ（１００μＬ：過剰量）、並びにＴｒｉｓ（２，４－ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｏ）－ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＩＩＩ）：０．５ｍｇ、また内標としてＮ－Ｈｙｄｒｏｘｙ－１，８－ｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ：１．１４ｍｇを添加し、２５℃（室温）で１８０分間反応させた。得られた反応液を試料として、３１Ｐ－ＮＭＲに供した。３１Ｐ－ＮＭＲの測定条件は以下のとおりである。３１Ｐ－ＮＭＲにより定量された水酸基のうち、フェノール性水酸基（シリンギル及びグアイアシルのベンゼン環に結合している水酸基も含む）及びアルコール性水酸基の各含有量、並びに、それら水酸基の合計含有量を算出した。結果を表３及び図３に示す。(3) Content of hydroxyl groups As samples, organic solvent-soluble lignin obtained using napier grass pretreated under conditions of CSI of 1.27, 1.57, 2.36, and 2.95 was used. The content of hydroxyl groups in organic solvent-soluble lignin was determined by phosphorus 31 nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 31 P-NMR method) after phosphorylating the hydroxyl groups. Specifically, 25 mg of organic solvent-soluble lignin, 115 mg (100 μL: excess amount) of 2-Chloro4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaphospholane, and Tris (2,4-pentanedionato) -chromium (III): 0.5 mg and N-Hydroxy-1,8-naphthalimide: 1.14 mg as an internal standard were added, and the mixture was reacted at 25° C. (room temperature) for 180 minutes. The resulting reaction solution was used as a sample and subjected to 31 P-NMR. The measurement conditions for 31 P-NMR are as follows. 31 Among the hydroxyl groups quantified by P-NMR, calculate the respective contents of phenolic hydroxyl groups (including hydroxyl groups bonded to the benzene ring of syringyl and guaiacyl) and alcoholic hydroxyl groups, as well as the total content of these hydroxyl groups. did. The results are shown in Table 3 and Figure 3.
（測定条件）
測定装置：ＪＥＯＬ ＪＮＭ－ＬＡ４００ＭＫ
観測周波数：４００ＭＨｚ
積算回数：４０９６回
測定温度：１６℃（室温）
使用溶媒：ピリジン・重クロロホルム混合液（質量比率８：５）(Measurement condition)
Measuring device: JEOL JNM-LA400MK
Observation frequency: 400MHz
Total number of times: 4096 times Measurement temperature: 16℃ (room temperature)
Solvent used: Pyridine/deuterated chloroform mixture (mass ratio 8:5)
図３から、ＣＳＩが大きくなることで、フェノール性水酸基（シリンギル及びグアイアシルのベンゼン環に結合している水酸基も含む）及びアルコール性水酸基の合計含有量が低下する傾向がみられた。これは、希硫酸蒸解法による処理強度が強まることで、リグニンの変性が進み、水酸基の含有量が減少することによるものであると推察された。
また、ＣＳＩが１．２７以上２．９５以下の範囲において、水酸基の含有量として３１Ｐ－ＮＭＲ法により定量された有機溶媒可溶性リグニンのフェノール性水酸基（シリンギル及びグアイアシルのベンゼン環に結合している水酸基も含む）の含有量は７．０３ｍｍｏｌ／ｇ以上３１．２４ｍｍｏｌ／ｇ以下であった。また、アルコール性水酸基の含有量は６．０４ｍｍｏｌ／ｇ以上１９５．７ｍｍｏｌ／ｇ以下であった。
これらのことから、水酸基の含有量、特に、フェノール性水酸基及びアルコール性水酸基の合計含有量が特定の範囲である有機溶媒可溶性リグニンを得るためにＣＳＩの制御が有効であることが示唆された。From FIG. 3, there was a tendency for the total content of phenolic hydroxyl groups (including hydroxyl groups bonded to the benzene rings of syringyl and guaiacyl) and alcoholic hydroxyl groups to decrease as the CSI increased. It was inferred that this was due to the fact that the lignin denaturation progressed and the hydroxyl group content decreased as the treatment intensity of the dilute sulfuric acid cooking method increased.
In addition, in the range of CSI from 1.27 to 2.95, the phenolic hydroxyl group (bonded to the benzene ring of syringyl and guaiacyl) of organic solvent-soluble lignin determined by 31P -NMR method as the content of hydroxyl group. (including hydroxyl groups) was 7.03 mmol/g or more and 31.24 mmol/g or less. Moreover, the content of alcoholic hydroxyl groups was 6.04 mmol/g or more and 195.7 mmol/g or less.
These results suggest that controlling CSI is effective in obtaining organic solvent-soluble lignin in which the content of hydroxyl groups, particularly the total content of phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups, is within a specific range.
本実施形態の製造方法によれば、特定の性質を有する有機溶媒可溶性リグニンを製造することができる。 According to the production method of this embodiment, organic solvent-soluble lignin having specific properties can be produced.
Claims (7)
前記前処理工程で得られた前処理済み草本系バイオマスを酵素により糖化処理する糖化工程と、
前記糖化工程で得られた糖化処理生成物を固液分離して糖化残渣を得る固液分離工程と、
前記糖化残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する抽出工程と、
を含み、
前記前処理工程において、得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量がそれぞれ所定の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御し、
前記前処理工程において、前記希硫酸蒸解法による処理強度が下記式（Ｉ）で表されるＣＳＩで１．０以上３．０以下であり、
前記前処理工程において、前記有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量を増加させるために前記ＣＳＩが１．０に近づくように制御し、一方、前記有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量を減少させるために前記ＣＳＩが３．０に近づくように制御する、有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。
a saccharification step of saccharifying the pretreated herbaceous biomass obtained in the pretreatment step with an enzyme;
a solid-liquid separation step of obtaining a saccharification residue by solid-liquid separation of the saccharification product obtained in the saccharification step;
an extraction step of adding an organic solvent to the saccharification residue to extract organic solvent-soluble lignin;
including;
In the pretreatment step, dilute sulfuric acid cooking is performed so that the β-O-4 bond content, weight average molecular weight and molecular weight distribution, and hydroxyl group content of the obtained organic solvent-soluble lignin are within predetermined ranges. control the processing intensity by
In the pretreatment step, the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is 1.0 or more and 3.0 or less in terms of CSI represented by the following formula (I),
In the pretreatment step, the CSI is controlled to approach 1.0 in order to increase the content of β-O-4 bonds in the organic solvent-soluble lignin; - A method for producing organic solvent-soluble lignin , comprising controlling the CSI to approach 3.0 in order to reduce the content of 4 bonds .
前記前処理工程で得られた前処理済み草本系バイオマスを酵素により糖化処理する糖化工程と、 a saccharification step of saccharifying the pretreated herbaceous biomass obtained in the pretreatment step with an enzyme;
前記糖化工程で得られた糖化処理生成物を固液分離して糖化残渣を得る固液分離工程と、 a solid-liquid separation step of obtaining a saccharification residue by solid-liquid separation of the saccharification product obtained in the saccharification step;
前記糖化残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する抽出工程と、 an extraction step of adding an organic solvent to the saccharification residue to extract organic solvent-soluble lignin;
を含み、including;
前記前処理工程において、得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量がそれぞれ所定の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御し、 In the pretreatment step, dilute sulfuric acid cooking is performed so that the β-O-4 bond content, weight average molecular weight and molecular weight distribution, and hydroxyl group content of the obtained organic solvent-soluble lignin are within predetermined ranges. control the processing intensity by
前記前処理工程において、前記希硫酸蒸解法による処理強度が下記式（Ｉ）で表されるＣＳＩで１．０以上３．０以下であり、 In the pretreatment step, the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is 1.0 or more and 3.0 or less in terms of CSI represented by the following formula (I),
前記前処理工程において、前記有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量及び分子量分布を減少させるために前記ＣＳＩが１．０に近づくように制御し、一方、前記有機溶媒可溶性リグニンの重量平均分子量及び分子量分布を増加させるために前記ＣＳＩが３．０に近づくように制御する、有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。 In the pretreatment step, the CSI is controlled to approach 1.0 in order to reduce the weight average molecular weight and molecular weight distribution of the organic solvent soluble lignin, while the weight average molecular weight and molecular weight distribution of the organic solvent soluble lignin are A method for producing organic solvent-soluble lignin, which comprises controlling the CSI to approach 3.0 in order to increase the CSI.
前記前処理工程で得られた前処理済み草本系バイオマスを酵素により糖化処理する糖化工程と、 a saccharification step of saccharifying the pretreated herbaceous biomass obtained in the pretreatment step with an enzyme;
前記糖化工程で得られた糖化処理生成物を固液分離して糖化残渣を得る固液分離工程と、 a solid-liquid separation step of obtaining a saccharification residue by solid-liquid separation of the saccharification product obtained in the saccharification step;
前記糖化残渣に有機溶媒を添加して有機溶媒可溶性リグニンを抽出する抽出工程と、 an extraction step of adding an organic solvent to the saccharification residue to extract organic solvent-soluble lignin;
を含み、including;
前記前処理工程において、得られる有機溶媒可溶性リグニンのβ－Ｏ－４結合の含有量、重量平均分子量及び分子量分布、並びに、水酸基の含有量がそれぞれ所定の範囲となるように、希硫酸蒸解法による処理強度を制御し、 In the pretreatment step, dilute sulfuric acid cooking is performed so that the β-O-4 bond content, weight average molecular weight and molecular weight distribution, and hydroxyl group content of the obtained organic solvent-soluble lignin are within predetermined ranges. control the processing intensity by
前記前処理工程において、前記希硫酸蒸解法による処理強度が下記式（Ｉ）で表されるＣＳＩで１．０以上３．０以下であり、 In the pretreatment step, the treatment intensity by the dilute sulfuric acid cooking method is 1.0 or more and 3.0 or less in terms of CSI represented by the following formula (I),
前記前処理工程において、前記有機溶媒可溶性リグニンの水酸基の含有量を増加させるために前記ＣＳＩが１．０に近づくように制御し、一方、前記有機溶媒可溶性リグニンの水酸基の含有量を減少させるために前記ＣＳＩが３．０に近づくように制御する、有機溶媒可溶性リグニンの製造方法。 In the pretreatment step, the CSI is controlled to approach 1.0 in order to increase the content of hydroxyl groups in the organic solvent-soluble lignin, and on the other hand, in order to decrease the content of hydroxyl groups in the organic solvent-soluble lignin. A method for producing organic solvent-soluble lignin, which comprises controlling the CSI so that it approaches 3.0.
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