JPH10110001A - セルロース系物質の前処理方法及びグルコースの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 グルコースを安価に大量生産することが可能
なグルコースの製造法を提供すること。 【解決手段】 セルロース系物質を高濃度リン酸に溶解
及び／又は膨潤させた状態で強力な攪拌を行って、上記
セルロース系物質を非晶性セルロース或いはセロオリゴ
糖にすることを特徴とするセルロース系物質の前処理方
法、及び上記前処理物である非晶性セルロース或いはセ
ロオリゴ糖をセルラーゼで分解することを特徴とするグ
ルコースの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、セルロース系物質
の前処理方法及び該前処理物を原料とするグルコースの
新規な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セルロース系物質を原料とするグ
ルコースの製造方法としては、酸糖化法と酵素糖化法と
があるが、工業的に実施されているものはない。セルロ
ース系物質の酸糖化法は、高温（２００℃以上）で希酸
を用いてセルロース系物質を糖化する希酸糖化方法と、
濃硫酸等でセルロース系物質を糖化する方法とが知られ
ているが、いずれの方法も過激な条件下でセルロース系
物質を加水分解するために、セルロース系物質の分解物
であるグルコースの二次分解反応が起こり、糖化率は約
５０％と低く、更に糖化液からグルコースの分解物を除
去する必要がある。又、上記グルコースの分解物を除去
せずに糖化液を発酵用炭素源として利用するには種々の
問題がある。

【０００３】一方、酵素糖化法は、セルロース系物質の
糖化を温和な条件下で行うことができるが、糖化の反応
速度が遅く十分な糖化には長時間を要するという問題が
ある。更に糖化に使用する市販の酵素の力価が低く、十
分な糖化には酵素を大量に必要とするので使用酵素のコ
ストが高くなるという問題がある。

【０００４】このような問題を改良するために、下記の
如き種々の技術が提案されている。 （１）特開昭５４−１６０７５５号公報；セルロース材
料をカドキセン若しくは金属キレート苛性膨潤溶媒に溶
解し、次にそれらからセルロース材料を前処理して回収
し、該回収物の加水分解には希硫酸を用いる。 （２）特公昭５７−５３８０１号公報；原料としてのセ
ルロースを濃塩酸と濃硫酸との混液中で処理することに
より、そのセルロースをセルラーゼに分解され易いセル
ロースに加工する。

【０００５】（３）特公昭５９−５３０４０号公報；セ
ルロースの微細構造を破壊するためにセルロースの酢化
反応を行い、鉱酸及び酢酸を触媒としてセルロースを加
水分解させる。 （４）特開平２−２９５４９２号公報；セルロースのう
ちから反応性の高いセルロース含有繊維である柔細胞を
選択使用してセルラーゼにより加水分解反応させる。 （５）特公平８−２３１２号公報；天然リグノセルロー
スを含む原料を蒸解してその蒸解後に乾燥を経ずして得
られるウエットパルプを、セルラーゼの作用により部分
分解中に生じるセロオリゴ糖及びグルコースを連続的に
限外濾過膜により反応系外に除去しながらその部分分解
を進行させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の技術においては次のような問題点がある。（１）の方
法では、重金属を使用しており、反応温度が１００〜２
００℃と高温である。（２）の方法では、耐酸性装置と
混酸の回収コストが問題となる。（３）の方法では、ア
セチル化反応を必要とし、最終生成物にアセチル化誘導
体が混入するという問題がある。（４）の方法では、反
応性の高いセルロース含有繊維である柔細胞を選択分離
する必要がある。（５）の方法では、製紙メーカー以外
では蒸解装置を必要とし、蒸解コストが問題である。従
って本発明の目的は、以上の如き問題点を解消し、グル
コースを安価に大量生産することが可能なグルコースの
製造法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、セルロース系物
質を高濃度燐酸に溶解及び／又は膨潤させた状態で強力
な攪拌を行って上記セルロース系物質を非晶性セルロー
ス或いはセロオリゴ糖にすることを特徴とするセルロー
ス系物質の前処理方法、及び上記前処理物である非晶性
セルロース或いはセロオリゴ糖をセルラーゼで分解する
ことを特徴とするグルコースの製造方法である。

【０００８】一般にセルロース系物質には結晶性部分と
非晶性部分とがあり、セルロース系物質の酵素加水分解
反応は、後者は前者に比較して容易である。前者は強固
な分子内・分子間水素結合が存在しているため、加水分
解速度は遅いと考えられている。

【０００９】本発明によれば、セルロース系物質を高濃
度燐酸に溶解及び／又は膨潤させて、強力に撹拌するこ
とにより、燐酸の化学的作用と撹拌の物理的作用との相
乗効果により、セルロース系物質の結晶化部分の割合を
最大限低下させて、セルロース系物質を容易に非晶性セ
ルロース或いはセロオリゴ糖にすることができる。

【００１０】この状態でセルロース分解酵素であるセル
ラーゼを作用させることによってセルラーゼの反応効率
が向上し、セルロースの糖化に使用する酵素の使用量を
低減させることができ、そのうえ糖化に要する反応時間
が短縮されることにより、グルコースの製造コストを大
幅に低下させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に発明の実施の形態を挙げて本
発明を更に詳しく説明する。本発明で原料として使用す
るセルロース系物質としては、古新聞、雑誌、段ボー
ル、オフィス古紙、木材質（木材チップ、廃材）、もみ
殻、竹、バガス、ワラ類、トウモロコシ穂軸等の農産廃
棄物、リンター、綿、パルプ及び製紙メーカーから排出
する廃パルプ等が挙げられる。以上のセルロース系物質
のうちで、本発明においては特に好ましいものは、古新
聞、リンター、綿及びパルプである。

【００１２】本発明では、先ず上記セルロース系物質を
高濃度燐酸に添加して溶解及び／又は膨潤させる。使用
する高濃度燐酸としては、７０重量％以上の燐酸が好ま
しく、特に８１〜８５重量％又は９２〜９７重量％の燐
酸が本発明の目的に適している。上記高濃度燐酸に添加
するセルロース系物質の量は、高濃度燐酸１００重量部
当たり約５〜２０重量部の範囲が好ましい。セルロース
系物質の添加量が上記範囲未満であると経済効率が劣
り、燐酸の回収コストも高くなる。又、セルロース系物
質の濃度が低いため燐酸溶液の粘度も低く、混合物の撹
拌時における剪断作用が不十分であり、物理的作用が不
足する。一方、セルロース系物質の添加量が上記範囲を
超えると、混合物の液状化が困難となり、又、強力撹拌
も困難となるので、セルロース系物質の均一な非晶性化
或いはセロオリゴ糖化が短時間では得られない。

【００１３】上記燐酸に添加したセルロース系物質の撹
拌は、約３０〜６０℃の温度で約１〜４時間行うことが
好ましい。この際における上記混合物の強力撹拌とは、
例えば、例として濃度７０重量％の燐酸それ自体では、
粘度が約１０センチストークス（２３℃）であるが、こ
の燐酸水溶液１００重量部当たり２０重量部のセルロー
ス系物質を添加し、古紙の脱墨工程で使用されるパルパ
ーを用いて接続電動機１５０〜６００ＫＷでローター回
転数６００〜１０００ＲＰＭで上記温度で加熱しながら
撹拌することを意味する。セルロース系物質の添加直後
はパルパー内の粘度（粘性）が高いためローター回転数
を低速に保ち、経過を観察しながらパルパー内の粘度
（粘性）が低下したらローターの回転を高速にする。

【００１４】本発明では、以上の如くして得られた非晶
性セルロース或いはセロオリゴ糖をセルラーゼで分解し
てグルコースを製造するが、前記反応混合物は、そのま
まではセルラーゼによる加水分解ができないので、前記
反応混合物から非晶性セルロース或いはセロオリゴ糖を
回収した後にセルラーゼによる酵素分解を行う。

【００１５】上記非晶性セルロース或いはセロオリゴ糖
の高濃度燐酸溶液からの回収方法としては次の如き方法
が挙げられる。 （１）上記非晶性セルロース或いはセロオリゴ糖の高濃
度燐酸溶液を一昼夜放置後、上部の８０重量％の燐酸溶
液を回収してセルロース系物質の予備処理に再使用す
る。残りの２０重量％の燐酸溶液を激しく撹拌しながら
蒸留水中に流し込む。非晶性セルロース或いはセロオリ
ゴ糖の濃度が低ければ析出物はゲル状となり、高ければ
ひも状、繊維状、粒子状の形態に析出するので、場合に
よっては繊維状の形態が得られるように、前処理中或い
は前処理後に反応混合物中の非晶性セルロース或いはセ
ロオリゴ糖の濃度を調整する。

【００１６】析出後、非晶性セルロース或いはセロオリ
ゴ糖をＧ３グラスフイルター上で蒸留水を用いて洗浄後
回収する。一方、濾液は炭酸カルシウムで中和後沈殿し
た燐酸塩をＧ３グラスフイルターで除去する。この濾液
中には分子量の低い非晶性セルロース或いはセロオリゴ
糖が溶解している。このようにして得られた上記の非晶
性セルロース或いはセロオリゴ糖と燐酸塩を除去した上
記の濾液を一緒にしてスラリー溶液とし、その後の糖化
反応に用いる。

【００１７】（２）上記非晶性セルロース或いはセロオ
リゴ糖の高濃度燐酸溶液を一昼夜放置後、燐酸溶液を激
しく撹拌しながら蒸留水中に流し込む。非晶性セルロー
ス或いはセロオリゴ糖の濃度が低ければ析出物はゲル状
となり、高ければひも状、繊維状、粒子状の形態に析出
するので、場合によっては繊維状の形態が得られるよう
に、前処理中或いは前処理後に反応混合物中の非晶性セ
ルロース或いはセロオリゴ糖の濃度を調整する。この希
釈された燐酸水溶液は析出した非晶性セルロース或いは
セロオリゴ糖と水溶性の低分子量の非晶性セルロース或
いはセロオリゴ糖とを含有しているスラリー溶液であ
る。このスラリー溶液からｎ−ブタノールで燐酸を抽出
及び除去する。燐酸を除去したスラリー溶液をその後の
糖化反応に用いる。

【００１８】以上の如きスラリー溶液を好ましくはｐＨ
約４〜６に調整する。又、スラリー溶液の濃度は約５〜
１５重量％の範囲が好適である。上記スラリー溶液にセ
ルロース分解酵素であるセルラーゼを添加する。セルラ
ーゼの添加量はスラリー溶液の固形分１００重量部当た
り約１〜１５重量部の範囲が好ましく、セルラーゼの使
用量が少なすぎると、非晶性セルロース或いはセロオリ
ゴ糖の加水分解が不十分であり、一方、セルラーゼの使
用量が多すぎると不経済である。本発明で使用するセル
ラーゼとしては市販のセルラーゼがいずれも使用可能で
ある。

【００１９】セルラーゼを添加したスラリー溶液を約２
０〜６０℃の温度において約０．５〜１２時間撹拌する
ことにより非晶性セルロース或いはセロオリゴ糖が加水
分解されてグルコースに転化する。このグルコース水溶
液からのグルコースを常法に従って分離する。以上の反
応により、原料として使用するセルロース系物質の種類
によっても変化するが、原料であるセルロース系物質の
１００重量部当たり約６０〜８０重量部のグルコースが
得られ、又、燐酸処理後の非晶性セルロース或いはセロ
オリゴ糖１００重量部当たり約８０〜１００重量部のグ
ルコースが得られる。

【００２０】

【実施例】次に、本発明によるグルコースの製造方法の
実施例について説明する。実施例１ 市販セルロース粉末（東洋濾紙製、濾紙粉末）１０ｇに
８５％燐酸水溶液１００ｇを加え、４０℃に保ちながら
２〜４時間攪拌し、一昼夜放置した。攪拌容器の上端か
ら８０％の燐酸溶液を除き、残りの２０ｇの燐酸溶液を
蒸留水中に激しく撹拌しながら流し込んだ。析出した非
晶性セルロース或いはセロオリゴ糖をＧ３のグラスフィ
ルター上で蒸留水を用いて洗浄後回収した。一方、濾液
を炭酸カルシウムで中和後沈殿した燐酸塩をＧ３のグラ
スフィルターで除去した。

【００２１】このようにして得られた上記の非晶性セル
ロース或いはセロオリゴ糖と、上記で燐酸塩を除去した
濾液（この濾液中には水に溶解している低分子量の非晶
性セルロース或いはセロオリゴ糖が含まれている）を一
緒にしてスラリー溶液とし、該スラリー溶液を酢酸緩衝
液を用いてｐＨ４．５に調整した。このスラリー溶液に
０．５ｇの市販のセルラーゼ（Tricoderma viride起
源）を添加して３０分間攪拌することにより、スラリー
溶液中の非晶性セルロース或いはセロオリゴ糖を加水分
解した。この加水分解反応液を例えば限外濾過膜にて濾
過後、この濾液を減圧下で濃縮して６．５ｇのグルコー
スが得られた。

【００２２】実施例２ 市販セルロース粉末（東洋濾紙製、濾紙粉末）１０ｇに
８５％燐酸水溶液１００ｇを加え、４０℃に保ちながら
２〜４時間攪拌し、一昼夜放置した。この燐酸溶液を激
しく撹拌しながら蒸留水中に流し込んだ。この希釈され
た燐酸水溶液は水不溶性の非晶性セルロース或いはセロ
オリゴ糖と、水に溶解している低分子量の非晶性セルロ
ース或いはセロオリゴ糖を含有している。このスラリー
溶液からｎ−ブタノールで燐酸を抽出除去する。燐酸を
除去したスラリー溶液を酢酸緩衝液を用いてｐＨ５．５
に調整した。このスラリー溶液に０．５ｇの市販のセル
ラーゼ（Tricoderma viride起源）を添加して３０分間
攪拌することにより、スラリー溶液中の非晶性セルロー
ス或いはセロオリゴ糖を加水分解した。この加水分解反
応液を例えば限外濾過膜にて濾過後、この濾液を減圧下
で濃縮して８．５ｇのグルコースが得られた。

【００２３】

【発明の効果】以上の如き本発明によれば、従来技術の
問題点を解消し、グルコースを安価に大量生産すること
が可能なグルコースの製造方法が提供される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルロース系物質を高濃度燐酸に溶解及
   び／又は膨潤させた状態で強力な攪拌を行って、上記セ
   ルロース系物質を非晶性セルロース或いはセロオリゴ糖
   にすることを特徴とするセルロース系物質の前処理方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の非晶性セルロース或い
   はセロオリゴ糖をセルラーゼで分解することを特徴とす
   るグルコースの製造方法。