JPS58500431A - High efficiency organosolv saccharification method - Google Patents

High efficiency organosolv saccharification method

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JPS58500431A JP50113482A JP50113482A JPS58500431A JP S58500431 A JPS58500431 A JP S58500431A JP 50113482 A JP50113482 A JP 50113482A JP 50113482 A JP50113482 A JP 50113482A JP S58500431 A JPS58500431 A JP S58500431A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 高能率オルガノソルブ糖化法 発明の背景 1、先行技術 オルガノソルブ(organosolv)加水分解法は、ある樵のタイプのセル ロース物質、特にリグノセルロース物質について成果をあけている。オルガノソ ルゾ溶液で最も容易に脱リグニンできる木材はハコヤナギ属であり、−万ツが、 ベイマツ及びマツのような針葉樹は実質的な抵抗?示した。さとうきびの殻は比 較的加水分解しやすいことが認められた。本質的にセルロース、特に結晶性フラ クションであるコドン・リンターは、従来技法による加水分解がきわめて困難で あった。[Detailed description of the invention] High efficiency organosolv saccharification method Background of the invention 1. Prior art The organosolv hydrolysis method uses certain woodcutter type cells. We have achieved great results with loin materials, especially lignocellulose materials. organoso The wood most easily delignified in Luso solution is cottonwood; Do conifers like Douglas fir and pines provide substantial resistance? Indicated. Sugar cane shell is It was found that it is relatively easy to hydrolyze. Essentially cellulose, especially crystalline fluorine Codon linters are extremely difficult to hydrolyze using conventional techniques. there were.

加水分解の差は、セルロース物質の構造及び化学的組成の変動及び不均質に関係 し工いる。従って、従来のオルガノノルブ法は脱リグニンしや丁いセルロース物 質に対して主として適用された。コドン・リンターは特に糖化操作の面で敬遠さ れたが、その理由はコドン・リンターの加水分解に対する抵抗性が大であ3、ヤ こと、及びポリマー性グルカンをモノマー性の糖に急速転化するだめの加水分解 には苛酷なプロセス条件が要求されることに因る。Differences in hydrolysis are related to variations and heterogeneities in the structure and chemical composition of cellulosic materials. I have to work on it. Therefore, the conventional organonorbe method is not suitable for delignification or for treating cellulose products. Mainly applied to quality. Codon linters are especially avoided in terms of glycation manipulation. The reason for this is that codon linters are highly resistant to hydrolysis. and hydrolysis to rapidly convert polymeric glucans to monomeric sugars. This is due to the harsh process conditions required.

先行技術は、セルロース物質及び植物性収穫物を脱リグニン及び(又は)糖化す るだめの種々のオルガノソルダ法について記載している。一般に、この種の方法 は水と溶剤、例えばアルコール又はケトン、そして時には非極性の他の溶剤との 混合物乞、加水分解が促進される酸性化合物と共に用いることを包含する。大抵 の場合、セルロース残渣の脱リグニン及び付加的加水分解馨達成するに要する処 理時間は、溶剤系の加水分解力及び個々のリグノセルロース物質乞脱リグニンす るその能力に応じて数時間に及ぶ。従来の方法は、脱リグニン能力が劣り、加水 分解速度が遅く、゛そしてフルフラール及び有機酸を王とする非抛類への糖の転 化が甚だしいことw%徴としている。従って糖の回収率が低丁ぎて、この糧の方 法?商用的規模に発展させようという魅力に欠けていた。本発明者の知る限りで は、先行技術による糖化法の丁べてはこのような欠点のどれか乞ある程度有して いる。このようなことはオルガノソルダ法、特にコ、トン・リンターや針葉樹の ように加水分解しにくいものについてのオルガノソルダ法に本来付随するもので あると永い間考えられていた。The prior art involves delignification and/or saccharification of cellulosic materials and vegetable crops. Rudame's various organosolder methods are described. Generally this kind of method is a combination of water and a solvent, such as an alcohol or ketone, and sometimes other non-polar solvents. Mixtures include use with acidic compounds that promote hydrolysis. usually In this case, the treatment required to achieve delignification and additional hydrolytic The processing time depends on the hydrolysis power of the solvent system and the deligninization of the individual lignocellulosic materials. It can last several hours depending on their ability. Conventional methods have poor delignification ability and require hydration. The decomposition rate is slow, and the conversion of sugars to non-organic substances, mainly furfural and organic acids, is slow. It is a sign that the change is severe. Therefore, the recovery rate of sugar is low, and this food is Law? It lacked the appeal of developing it on a commercial scale. To the best of the inventor's knowledge However, all prior art saccharification methods have some of these drawbacks. There is. This is especially true when using the organosolder method, especially for soldering, ton linter, and softwood soldering. This is originally attached to the organosolder method for materials that are difficult to hydrolyze, such as It was thought for a long time that there was.

従ってドレイフス(Dreyfus )の米国特許第1,919,623号(1 933年)は、アセトン−水キャリヤー溶剤混合物中の濃縮酸によって木材を予 備処理し、有機溶剤乞除去した後、低い温度で数時間、酸含有木材を加熱するこ とにより、リグニン?同時に起こさせると記載している。報告によると、処理さ れタリグノセルロースはアセトン−エーテル水混合物中に実質的に不溶性であり 、同じ溶剤で予備加水分解物質を処理すると、過剰の酸のみか除去されて別の処 理にそれを用いたとされている。予備加水分解されたセルロース物質の抛への分 解は、弱酸水溶液中における煮沸によって行われた。やはりドイレフスに灯して 発行された米国特許第2,022,654号は、セルロースパルプを製造するだ めの同じような試みにつぃ又記載し℃おり、その方法では、水中8D%1でのア セトンに溶解した濃鉱酸を用(・て木材チノゾの予備処理乞行って木材を軟質化 し、丁べての酸を実質的に除去した後、圧力容器内で50〜80%のアセトン水 又はアセトンと非極性有機溶剤との混合液を用いて170°〜2ろ0℃で9〜1 2時間チップを処理する。シュレーフエル(5chlaepfer )らによる 米国特許第2,959.500号は、アルコール類に対して非反応性であること を特許請求の要件としている少量の酸性化合物の存在下において、アルコール及 び水、それに場合によっては非極性溶剤からなる溶剤乞1200ないし200℃ で用いる加水分解法につい℃記載している。考えられるところでは、この方法は 比較的遅く、そして糖化力が限られ、糖の収率は定量的収率に較べてはるかに劣 る。オソクスレイ(0xley )らによる米国特許第1,964.646号( 1934年)は、強酸による遅い糖化を開示している。クライナー) (Kle inert )及びタイエンタール(Tayenthal )による米国特許第 1,856,567号(1932年)は、脱リグニン用助剤として少量の駿又は 塩基乞用い、圧力容器内でセルロースパルプを製造するのに、高められた温度で 水性アルコールを利用丁°ることを開示している。各6時間の工程に分けて処理 すると記載されている。他の先行技術はアペル(Apel )による米国特許第 2,951,775号に記載されており、その方法では25°C〜ろOoCにお ける濃塩酸の多重適用によって木材の糖化を行っている。Therefore, Dreyfus, U.S. Pat. No. 1,919,623 (1) (933) pre-prepared wood with concentrated acid in an acetone-water carrier solvent mixture. After pretreatment and removal of organic solvents, acid-containing wood can be heated for several hours at low temperatures. And lignin? It states that they should occur at the same time. Reportedly, processed The lignocellulose is virtually insoluble in acetone-ether water mixtures. , treatment of the prehydrolyzed material with the same solvent removes only the excess acid and allows for another treatment. It is said that he used it for good reason. Minutes of pre-hydrolyzed cellulose material into the harpoon The solution was carried out by boiling in a weak acid aqueous solution. As expected, the light is on Doylefus. Issued U.S. Patent No. 2,022,654 describes a method for producing cellulose pulp. A similar attempt was also described in which the method involved aqueous 8D% 1 in water. Use concentrated mineral acid dissolved in setone to pre-treat the wood to soften it. After substantially removing the acid, add 50-80% acetone water in a pressure vessel. Or, using a mixture of acetone and a non-polar organic solvent at 170° to 20°C and 9 to 1 Process the chips for 2 hours. According to Schlaepfer et al. U.S. Patent No. 2,959.500 is non-reactive with alcohols. alcohol and in the presence of a small amount of acidic compound, which is a requirement of the patent claim. water and, if necessary, a non-polar solvent at 1200-200°C The hydrolysis method used in ℃ is described. Conceivably, this method Relatively slow and with limited saccharification power, sugar yields are much inferior to quantitative yields. Ru. U.S. Patent No. 1,964.646 to Oxley et al. (1934) discloses slow saccharification with strong acids. Kleiner) (Kle inert) and Tayenthal, U.S. Patent No. No. 1,856,567 (1932) uses a small amount of shun or The base is used at elevated temperatures to produce cellulose pulp in a pressure vessel. It discloses the use of hydroalcohol. Processed in 6-hour steps each Then it is written. Other prior art is U.S. Pat. No. 2,951,775, the method involves heating at temperatures between 25°C and 00C. The wood is saccharified by multiple applications of concentrated hydrochloric acid.

2、発明の目的 本発明の主な目的は、セルロース物質の化学的成分を急速かつ定量的に可溶化及 び回収することである。2. Purpose of the invention The main objective of the present invention is to rapidly and quantitatively solubilize and The goal is to collect and recover the waste.

本発明の別の目的は、セルロース物質の加水分解において、加水分解時間馨短縮 し、糖形成速#を実質的に高めることである。Another object of the present invention is to shorten the hydrolysis time in the hydrolysis of cellulose materials. and substantially increase the rate of sugar formation.

本発明のさらに別の目的は、セルロース物質の高温加水分解中に糖が非糖類に分 解するのを低減することである。Yet another object of the present invention is that sugars are separated into non-sugars during high temperature hydrolysis of cellulosic materials. The goal is to reduce the amount of time it takes to understand the situation.

本発明のさらに別の目的は、セルロース物質がリグノセルロースであるならば、 その化学的成分を同時に溶解した後に別々に回収し、主としてキシロース、ヘキ ソース糖及びリグニンを得ることである。Yet another object of the invention is that if the cellulosic material is lignocellulose, Its chemical components are simultaneously dissolved and then recovered separately, mainly xylose and hexylose. The source is to obtain sugar and lignin.

本発明のさらに別の目的は、所望によっては高温に再度さらすことによって、単 離されたペントース及びヘキソースをそれぞれの脱水生成物、例えばフルフラー ル及びヒドロキシメチルフルフラールやレブリン醒に転化し、モノマー性のフル フラール、レソリン酸?回収することである。Yet another object of the invention is to simply The released pentoses and hexoses are converted to their respective dehydration products, e.g. It is converted into monomeric furfural and hydroxymethylfurfural and levulin. Fural, resolinic acid? It is to collect.

本発明の嘔らに別の目的は、有機揮発物を加水分解液から蒸発婆せ、そしてもし リグニンが含1れていれば、それを水溶液から分離した際に、10i量−以上の 糖固形分が溶液から得られるような割合で、セルロース物質を定量的に加水分解 することである。Another object of the present invention is to evaporate organic volatiles from the hydrolyzate and If lignin is contained, when it is separated from the aqueous solution, an amount of 10i or more Quantitative hydrolysis of cellulosic materials at a rate such that sugar solids are obtained from solution It is to be.

本発明の芒らに別の目的は、一定の加水分解率を維持調整するのに必要な酸の濃 度を実質的に低下させ、それにより、高温における糖の分解に及ぼす酸の触媒的 作用?実質的に低減させることである。Another objective of the present invention is to maintain and adjust the acid concentration required to maintain a constant hydrolysis rate. the catalytic effect of acids on sugar decomposition at high temperatures. Effect? This is to substantially reduce the amount.

別の観点において、本発明の目的は、加水分解工程における一定の望筐しい反応 速度を得るの1で必要な反応温度乞下けることによって、糖の回収率ケ最大にす ることである。In another aspect, an object of the invention is to achieve certain desired reactions in the hydrolysis process. Maximize sugar recovery by lowering the reaction temperature required to obtain the speed. Is Rukoto.

本発明のさら九別の目的は、水に較べてはるかに低い熱容量及び気化熱を有する ため、容易に気化芒せて加水分解液を冷却できるアセトンの大割合容量、丁なわ ち、70%以上を用いることにより、加水分解に必要なエネルギーの低減をはか ることである。Yet another object of the invention is to have a much lower heat capacity and heat of vaporization than water. Therefore, a large proportion of acetone can be easily vaporized to cool the hydrolyzate. By using 70% or more, the energy required for hydrolysis can be reduced. Is Rukoto.

本発明のさらに別の目的は、セルロース物質に対するきわめて短時間の選択的脱 リグニン及び加水分解を施すことにより、動物の飼料、食品添加物及び工業用の 充填剤や吸着剤として有用な、実質的に純粋で重合度の低いセルロース乞得ろこ とである。Yet another object of the present invention is the selective desorption of cellulosic materials in a very short period of time. By applying lignin and hydrolysis, it can be used for animal feed, food additives and industrial purposes. Substantially pure, poorly polymerized cellulose filtrate useful as a filler or adsorbent That is.

上記の目的及びそれ以外の目的は、下記の説明を閲読することによって1丁1丁 明らかになるであろう。The above purposes and other purposes can be achieved one by one by reading the explanation below. It will become clear.

本発明は、少量の酸性化合物を含むアセトン及び水の溶剤混合物を用い、リグニ ンン含んでいてもよい粉砕セルロース物質?圧力谷器内で高められた温度で処理 して液内に還元糖を形成することによる、前記セルロース物質から糖のような炭 水化物の加水分解生成物を製造する方法における改良に関するものであり、該改 良は、 (a) 高められた温度の圧力容器内に、セルロース物質と共に、溶剤混合物と して少なくとも70容量チのアセトンを含むアセトンと水との混合物及び触媒性 の酸性化合?!l馨準備し、 〈b) セルロース物質が少なくとも一部溶解するまで。The present invention uses a solvent mixture of acetone and water containing small amounts of acidic compounds to What crushed cellulose material may contain? Processed at elevated temperatures in a pressure trough sugar-like carbon from the cellulosic material by forming reducing sugars in the liquid. This invention relates to an improvement in a method for producing a hydrolysis product of a hydrate, and the improvement Good is (a) in a pressure vessel at an elevated temperature, together with the cellulosic material, the solvent mixture; a mixture of acetone and water containing at least 70 volumes of acetone and a catalytic Acidic compound of? ! l Get ready, (b) Until the cellulosic material is at least partially dissolved.

そしてセルロース物質からの可溶化された糖が液中で非糖類に分解しないでその 少なくとも90%が回収されるように、セルロース物質を溶剤混合物中において 高められた温度で制限てれた時間だけ処理し。and that the solubilized sugars from cellulosic materials do not decompose into non-saccharides in the liquid. Cellulosic material is placed in a solvent mixture such that at least 90% is recovered. Process at elevated temperatures for a limited time.

そして (C) 液を圧力容器から取出した際にすみやかにそれを冷却する。and (C) Cool the liquid as soon as it is removed from the pressure vessel.

ことを特徴とするものである。It is characterized by this.

また本発明は、少量の酸性化合物を含むアセトン及び水の溶剤混合物を用い、リ グニンを含んでいてもよい粉砕セルロース物質暑圧力容器内で高められた温度で 処理し、すべてのリグニンを可溶化し、かつ、液中に還元糖を形成することによ る、前記セルロース物質から糖及びリグニンのような炭水化物の加水分解生成物 乞製造する方法における改良に関するものであり、該改良は、 (a) 高められた温度における圧力容器内に、セルロース物質と共に、溶剤混 合物として少なくとも70容量チのアセトン2含むアセトンと水との混合物及び 触媒性の酸性化合物を準備し、 (b) セルロース物質が少なくとも一部溶解する1で、そしてセルロース物質 から可溶化石れた糖の少なくとも90%が非糖類に分解することなく回収される ように、セルロース物質を溶剤混合物中において高められた温度の下、1段階で 50%以下のセルロースが溶解するの1c充分な時間だけ処理し、それにより、 セルロース物質に含1れる炭水化物乞一部、又は実質的に完全に溶解及び加水分 解し、(C) 圧力容器から液を連続的に取出し、(d) 制御されたアセトン のフラッシュ蒸発によっテ液を急速に冷却して水溶液を残留させ、そして(θ)  残留水溶液から糖及びすべてのリグニンン回収する ことン特徴とするものである。The present invention also uses a solvent mixture of acetone and water containing small amounts of acidic compounds to A crushed cellulosic material that may contain gunins is heated at an elevated temperature in a pressure vessel. treatment to solubilize all lignin and form reducing sugars in the liquid. hydrolysis products of carbohydrates such as sugars and lignin from said cellulosic materials; This invention relates to an improvement in the method of manufacturing (a) Solvent mixture with cellulosic material in a pressure vessel at elevated temperature. A mixture of acetone and water containing as a mixture at least 70 volumes of acetone and Prepare a catalytic acidic compound, (b) 1 in which the cellulose material is at least partially dissolved, and the cellulose material At least 90% of the soluble sugars are recovered without decomposition into non-saccharides. The cellulosic material is prepared in one step at elevated temperature in a solvent mixture as follows. treatment for a time sufficient to dissolve not more than 50% of the cellulose, thereby Most of the carbohydrates contained in cellulosic materials are completely dissolved and hydrated. (C) Continuously remove the liquid from the pressure vessel; (d) Controlled acetone extraction. The liquid is rapidly cooled by flash evaporation of , leaving an aqueous solution, and (θ)  Recover sugar and all lignin from the residual aqueous solution This is a distinctive feature.

70%以上の水中容積濃f’r有するアセトンと触媒量の酸とを一緒に用(・た 場合に、圧力容器内の滞留時間乞制限すると、高められた糖化温度の下で加水分 解で生じた糖と共にアセトンが安定な錯体を形成し、加水分解速度2著るしく促 進させることが図らずも発見された。糖錯体の形成によりポリマー性炭水化物の 分解が促進される現象は先行技術の文献に記歓烙れておらず、従来の文献から予 見することも不可能である。Acetone having a volumetric concentration f’r in water of 70% or more and a catalytic amount of acid are used together. In case of hydrolysis under elevated saccharification temperatures, the residence time in the pressure vessel must be limited. Acetone forms a stable complex with the sugar produced in the solution, significantly accelerating the rate of hydrolysis2. It was inadvertently discovered that it could be advanced. of polymeric carbohydrates through the formation of sugar complexes. The phenomenon of accelerated decomposition is not well documented in the prior art literature, and is not predicted from the prior art literature. It is also impossible to see.

通常、このような錯体は、特にこのような高温の下では水性アセトン溶液中に存 在し得ないものと信じられていた。本発明の結果は、選択嘔れた条件下において 、糖化の工程中における糖の分解が実質的には起こらないが、従来技術に記載さ れているアルキルゲルコンド及びポリグルカンよりもざっと500倍も早くアセ トン錯体が加水分解するのが認められたことにある。アセトンと抛との錯体が有 する別の利点は、蒸発、選択的加水分解及び液−液抽出といった簡単な方法に基 づいて個々の糖に分離しやすいことである。室温における鉱酸の存在下で七ツマ ー性の糖の錯体乞無水アセトン中で形成することに関しては、メンズ・イン・カ ーボハイドレート・ケミストリー(Methods 1nCarbohydra te Chemistry )巻■、618頁に記載されている。Typically, such complexes exist in aqueous acetone solutions, especially at such high temperatures. It was believed that it could not exist. The results of the present invention show that under selective conditions , decomposition of sugar during the saccharification process does not substantially occur, but It is roughly 500 times faster than the alkyl gelconds and polyglucan The reason is that the ton complex was observed to be hydrolyzed. There is a complex between acetone and acetone. Another advantage is that it is based on simple methods such as evaporation, selective hydrolysis and liquid-liquid extraction. It is easy to separate into individual sugars. Nanatsuma in the presence of mineral acids at room temperature Regarding the formation of complexes of sugars in anhydrous acetone, -Bohydrate Chemistry (Methods 1nCarbohydra) te Chemistry), volume 2, page 618.

用語「セルロース物質」は、一般に粉砕された形態における、植物及び木材奮起 源とする物質を包含する。The term "cellulosic material" refers to plant and wood products, generally in pulverized form. Includes source material.

酸性化合物は、無機に由来するものでもよいし、有機に由来するものでもよいが 、溶剤に対して不活性でなくてはならない。硫酸、塩酸及び燐酸のような無機の 強酸が好1しく、塩化アルミニウム、1aW1アルミニウム、塩化第二鉄のよう な酸性の塩、及びトリフルオロ酢酸のような有機酸も用いることができる。The acidic compound may be of inorganic origin or of organic origin. , must be inert to solvents. Inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid Strong acids are preferred, such as aluminum chloride, 1aW1 aluminum, ferric chloride. Acidic salts and organic acids such as trifluoroacetic acid can also be used.

高められた温度は145°〜260℃であり、160゜〜210°Cであるのが 最も好筐しい。The elevated temperature is between 145° and 260°C, and between 160° and 210°C. The most favorable case.

酸性化合物の触媒量は、溶剤混合物の重量に対して0.05〜0.5%であるの が好ましい。高い温度ヲ選んだときには量?少なくするのが特に効果的である。The catalytic amount of acidic compound is between 0.05 and 0.5% based on the weight of the solvent mixture. is preferred. When choosing a high temperature, what is the amount? It is particularly effective to reduce the amount.

1回の処理に対する反応時間は、特定の酸濃度及び反応温度において、固形残渣 の50%を溶解するのに必要な時間以下と丁べきであり、それによって一般に受 入れ可能程度の高収率馨もって溶解した形態の還元糖が得られる。高温に糖暑さ ら丁時間は、反応器への溶剤供給量を規制し、用いられる酸の濃度、アセトンの 量及び高められた温度によって一般に左右される。従って、きわめて迅速な加水 分解時間成するには、0,04〜0.06 Nの酸濃度、約80%のアセトン濃 度、及び200°C以上の温度が用いられる。しかしながら、2.−理論値に近 い糖の収率乞あげるには、低い酸111j(0,02N及びそれ以下)、高アセ トン!ji(180%以上)及び高温(200℃以上)とするのが最も好適であ る。The reaction time for one treatment is the solid residue at a specific acid concentration and reaction temperature. The time required to dissolve 50% of the Reducing sugars in dissolved form can be obtained with a high yield that can be used. High temperature and sugar heat Rating time regulates the amount of solvent fed to the reactor, the concentration of acid used, the amount of acetone Generally depends on quantity and elevated temperature. Therefore, very quick hydration To achieve the decomposition time, an acid concentration of 0.04 to 0.06N and an acetone concentration of about 80% are required. degrees and temperatures of 200°C or higher are used. However, 2. - close to the theoretical value To improve the yield of sugar, low acid 111j (0.02N and below), high acetic acid Tons! ji (180% or higher) and high temperature (200°C or higher) is most preferable. Ru.

従来技術による水性弱酸及びアルコール性オルガノソルブ法は、ハコヤナギ属や さとうきびの殻(バガス)のような加水分解しゃ丁いリグノセルロース物質ヲ用 いた場合でも比較的緩慢であり、加水分解力が限定されている。単一工程で糖馨 加水分解する場合、これらの木材が加水分解されるまでには通常60分ないし6 時間かかる。リグニンはアルカリ及び大抵の有機溶剤に不溶性の暗色で耐火性の 塊りに樹脂化される。連続パーコレ=ンヨン法には60〜90分といった比較的 短い加水分解時間が特定されているものの、この種の方法で得られる糖の収率が 理論値の45〜50%?こえることはほとんどない。糖の高収率は酵素利用の加 水分解法で達成されると称されてはいるが、酵素によって加水分解できるのは脱 リグニン化セルロースに限られること、及び連続発酵法で4時間、バッチ式発酵 法では24時間以上の加水分解時間が必要であることといった欠点がある。これ に対し、コドン・リンター及びベイマツ材のような加水分解しにくいものでも本 発明によって容易に処理することができ、それぞれ40分及び20分以内に溶解 される。本発明による還元糖及びリグニンの収率は、理論的に得られる量の95 %以上であり、高純度及びきわめて反応性の形でそれらが得られる。The conventional aqueous weak acid and alcoholic organosolv method has been used for cottonwood spp. For use with hydrolyzed lignocellulosic materials such as sugar cane husks (bagasse) Even if it does, it is relatively slow and has limited hydrolysis power. Sugar production in a single process When hydrolyzed, it usually takes 60 minutes to 60 minutes for these woods to be hydrolyzed. It takes time. Lignin is a dark, fire-resistant substance that is insoluble in alkalis and most organic solvents. It is turned into resin in chunks. The continuous Percollet-Nyon method takes a relatively long time of 60 to 90 minutes. Although short hydrolysis times have been identified, the sugar yield obtained with this type of method is 45-50% of the theoretical value? It almost never goes over. The high yield of sugar is due to the addition of enzymes. Although it is said to be achieved by the water splitting method, the only thing that can be hydrolyzed by enzymes is dehydration. Limited to lignified cellulose and continuous fermentation for 4 hours, batch fermentation The disadvantage of this method is that it requires a hydrolysis time of 24 hours or more. this However, even materials that are difficult to hydrolyze, such as codon linters and Douglas fir wood, are Can be easily processed by the invention and dissolves within 40 minutes and 20 minutes respectively be done. The yield of reducing sugar and lignin according to the present invention is 95% of the theoretically obtained amount. %, and they are obtained in high purity and highly reactive form.

熱せられた液体が接触する金属製の反応器壁体、配管及び他の制御機器の成分と して含1れうるN1、co、Or、Fθ及びCUのような遷移金属イオンによる 糖分解に関する触媒作用を解消するために、不活性ライニングを施した反応器が 用いられる。Components of metal reactor walls, piping and other control equipment that come into contact with heated liquids. by transition metal ions such as N1, co, Or, Fθ and CU, which may be included as To eliminate the catalytic effects associated with sugar decomposition, a reactor with an inert lining is used. used.

本発明の方法を用いる際、反応容器内における選択された優勢温度及び酸濃度の 任意の場合において、残留固形残渣の50%を加水分解するのに必要な時間より も短い滞留時間となるような、あらかじめ定められた速度での連続的パーコレー ションが望1しく、そして許容される加水分解の程度に応じて物質の一部又は完 全溶解が得られる。多重工程によるパッチ式処理では、最初に起きる脱リグニン 化を伴う一部加水分解により、比較的純粋なセルロースが得られる。同−又は異 なる溶剤混合物を用いた連続式加水分解では完全な糖化が得られ、1だ種々の木 材成分乞尚純農及び高収率の下に段階的に分離することかできる。When using the method of the invention, the selected prevailing temperature and acid concentration in the reaction vessel are In any case, from the time required to hydrolyze 50% of the remaining solid residue. Continuous percolation at a predetermined speed with short residence times ion is desired and, depending on the degree of hydrolysis to be tolerated, the material may be partially or completely removed. Total lysis is obtained. In multi-step patch processing, the initial delignification Partial hydrolysis with oxidation yields relatively pure cellulose. Same or different Continuous hydrolysis using a solvent mixture of The material components can be separated step by step to achieve pure agriculture and high yield.

これらのプロセス選択に関係なく、反応混合物からペントース乞回収する一般的 方法は、最初にアセトンの大部分乞フラッシュ蒸発させると共に減圧下に蒸留を 続けろか、又は水蒸気蒸留を行って留出物中にペントース糖錯体を得るかのいず れかである。このような簡単な方法でペントースとヘキソースとが分離できるの は、それらのアセトン−糖錯体の間に大きな沸点の差があるためである。これら の錯体は、アセトンの濃度が70容量チ以上であれば、本発明の高′温加水分解 工程の間に、たとい水が存在していても形成されろのである。Regardless of these process choices, it is common to recover pentose from the reaction mixture. The method first involves distillation under reduced pressure with flash evaporation of most of the acetone. Either continue, or perform steam distillation to obtain the pentose sugar complex in the distillate. It is. Pentose and hexose can be separated using such a simple method. This is because there is a large difference in boiling point between these acetone-sugar complexes. these When the concentration of acetone is 70 volumes or more, the complex can be treated by high temperature hydrolysis of the present invention. During the process, it will form even if water is present.

残留する糖の水溶液中に溶解しているリグニンは、比較的低分子量(MWW=  3200 )の粒体として沈殿する。r過又は遠心分離したうえ冷水で洗浄した 後、これらの粒体は2〜600μの球状粒径2有する粉末に乾燥することができ る。粗リグニンを精製するには、繰返しアセト/に再溶解してはr過して溶解し ない残は高度に濃縮化したアセトン溶液馨スプレー乾燥する。The lignin dissolved in the remaining aqueous sugar solution has a relatively low molecular weight (MWW = 3200) as granules. R filtered or centrifuged and washed with cold water. Afterwards, these granules can be dried into powders with a spherical particle size of 2 to 600μ. Ru. To purify the crude lignin, it is repeatedly redissolved in acetate/filtered and dissolved. Any remaining residue is spray dried with a highly concentrated acetone solution.

リグニンの沈殿をf別した後の残留水溶液は透明な溶液であって、10%又はそ れ以上の主としてヘキソース糖からなり、1だ他の水溶性成分も含まれる。The residual aqueous solution after separating the lignin precipitation is a clear solution with a concentration of 10% or so. It consists primarily of hexose sugars and also contains one or more water-soluble components.

酸性化によって加水分解され、そして少なくとも20分間沸騰させた際のペント ース留出物及びヘキソースシロップから主要な抛フラクションが単糖の形及び高 純度で得られる。所望によっては、分離された糖フラクションの沸騰を酸の存在 下で長時間行うことにより、フルフラール、レブリン酸及び蟻酸のような適当な 脱水生成物に糖を選択的に転化できることは従来技法で公知のとおりである。pent when hydrolyzed by acidification and boiled for at least 20 minutes The main fractions from the hexose distillate and hexose syrup are in the form of monosaccharides and Obtained in purity. If desired, the separated sugar fraction may be boiled in the presence of an acid. By carrying out for a long time under It is known in the art that sugars can be selectively converted to dehydrated products.

高められた温度の下で制限された時間だけセルロース物質を加水分解した後、糖 のT1しくない分解2防ぐために反応混合物の温度馨急速に100°C以下に下 げることが非常に重要である。仮に稀薄な酸が存在していても、水の沸点以下で は糖の有意な分解の生じないことが認められたので、揮発分を制御されたフラッ シュ処理で除去することによって冷却を行うのが最善である。通常、発酵その他 の加エン行う前に1周・囲温度又はそれ以下(25°C)に液の冷却を続けるこ とができる。After hydrolyzing the cellulosic material for a limited time under elevated temperature, the sugar The temperature of the reaction mixture was rapidly lowered below 100°C to prevent undesirable decomposition of T1. It is very important to Even if a dilute acid exists, below the boiling point of water, Since it was observed that no significant degradation of sugars occurred, volatiles were removed by controlled flashing. Cooling is best achieved by removal with a flash treatment. Usually fermented and other Continue to cool the liquid to ambient temperature or below (25°C) before entraining. I can do it.

上記の方法は連続方式又は半連続方式で操作することができ、後者の場合にはバ ッチ蒸煮の原理が用いられる。半連続式糖化法では種々の段階ごとに1組の加圧 容器馨採用することにより、連続法になぞらえる。The above method can be operated in continuous or semi-continuous mode, in the latter case The principle of steaming is used. In the semi-continuous saccharification process, one set of pressures is applied at each of the various stages. By using a container, it can be compared to a continuous method.

連続式操作法においては、全段階の加水分解を単一の圧力容器内で実施し、個々 の糖化プログラムセットによって常に生成物ミックスを測定する。粉砕木材固形 分及び蒸煮液を絶えず圧力容器内に供給する。供給する割合は、原料供給と生成 物取出しとの間の時間が、プロセスについて考えられる任意の1段階における固 形分残渣の50%を加水分解するのに必要であると前もつ℃決められた時間を超 えないようにする。従って、滞留時間は常に最も敏感な段階に適合させ、それに よって該特定段階における糖の回収率が90%乞超えるようKjる。考えられる 三つの主要な糖化段階は、次のとおりである。In continuous operation, all stages of hydrolysis are carried out in a single pressure vessel, with individual Always measure the product mix by the saccharification program set. crushed wood solids and cooking liquid are constantly fed into the pressure vessel. The supply ratio is based on raw material supply and production The time between material removal is fixed at any one possible stage of the process. Exceeding the predetermined time required to hydrolyze 50% of the residue make sure it doesn't happen. Therefore, the residence time is always adapted to the most sensitive stage and Therefore, the sugar recovery rate at the specific stage is set to exceed 90%. Conceivable The three major saccharification stages are:

(a) バルク脱リグニン化及び予備加水分解;この段階中に最高75%のリグ ニン及び95%の主要ヘミセルロース(硬質木材ではキンロース、そして軟質1 、木材ではマンノースンが除去きれうる。固形残渣収率は常に出発原料の50% 以上である。(a) Bulk delignification and prehydrolysis; up to 75% of the ligation during this stage Kinloth and 95% of the major hemicelluloses (Kinloth in hardwoods and 1 in soft woods) , mannose can be completely removed from wood. Solid residue yield is always 50% of starting material That's all.

(b) 連続脱リグニン化及びセルロース精製段階;この段階中に脱リグニン化 がほとんど完了し、そしてヘミセルロース糖の残部及び無定形グルカンの若干が 除去される。この段階におけろ固形残渣は一般に35%以下であり、主として結 晶性である。(b) Continuous delignification and cellulose purification stage; during this stage delignification is almost complete, and the remainder of the hemicellulose sugars and some of the amorphous glucans are removed. At this stage, the solid residue is generally less than 35% and is mainly composed of solids. It is crystalline.

(C) 完全糖化に進行し、段階(b)の残留セルロースは七ツマー性の糖に分 解逼れる。90%乞こえる良好な循回収率を達成するためには、この段階で液の 交換を1回よりも多く行わなくてはならない。(C) Complete saccharification progresses, and the residual cellulose in step (b) breaks down into heptameric sugars. It will be solved. In order to achieve a good circulation recovery rate of 90%, it is necessary to Exchanges must be made more than once.

連続操作法では、徨々の加水分解段階から回収される液は段階(a)〜(C)の 丁べてに由来する糖を含みうる。In continuous operation, the liquid recovered from the various hydrolysis stages is It may contain sugars derived from cloves.

このことは、チップと共C(ポンプ送入烙れる残りの液から塔頂予備加水分解散 を分離する手段を具えていない装置についての必然的な局面である。本発明によ るときは、糖馨精製するためのこの種の分離操作は必要でない。その理由は、錯 体として糖が得られ、ペントースとヘキソースとでは揮発性が異なるからである 。This means that together with the chips, C (preliminary hydrolysis at the top of the column from the remaining liquid pumped) This is a necessary aspect for devices that are not equipped with means for separating. According to the present invention When the sugar is purified, this kind of separation operation is not necessary to purify the sugar. The reason is a misunderstanding. This is because sugar is obtained as a body, and pentose and hexose have different volatilities. .

リグニンは水に不溶性であることに基づ(・て分離され、反応器の外部において 有機揮発分をフラッシュ蒸発させる仁とによって回収される。Based on its insolubility in water, lignin is separated and removed outside the reactor. The organic volatiles are recovered by flash evaporation.

第1及び第2段階の液を残りの加水分解生成物から分離することは、液を引続き 加熱することによって特にペントース糖類の脱水2起こ芒せて対応するフルフラ ールやレブリン酸を製造jるうえに特定的な意義t有する。この場合には、ヘキ ソース糖の小割合量のみが糖化されるべきである。ペントース糖からフルフラー ルを製造するための得策は、フラッシュ蒸発段階暑うことである。別法として、 水蒸気ストリップ法を用いても良好な結果が得られ、比較的純粋なペントース溶 液がほとんど定置的に得られる。この留出物を酸性化し、高度に制御された条件 下で再加熱することができ、純度の高いフルフラールが95%以上の収率で生成 される。Separating the first and second stage liquors from the remaining hydrolyzate products continues to separate the liquors from the remaining hydrolysis products. The dehydration of pentose sugars can be caused by heating, and the corresponding furfura It has particular significance in the production of alcohol and levulinic acid. In this case, Only a small proportion of the source sugars should be saccharified. Furfura from pentose sugar A good idea for producing mol is to heat the flash evaporation stage. Alternatively, Good results have also been obtained using the steam strip method, with relatively pure pentose solutions. Liquid is obtained almost stationarily. This distillate is acidified and processed under highly controlled conditions. It can be reheated under low temperature, producing highly pure furfural with a yield of over 95%. be done.

半連続式方法による加水分解の実施に当っては、完全な糖化及び溶解乞達成し、 95%以上の物質回収をはかるには、液交換乞5回行う必要がある。好ましい液 対木材比は7:1ないし10:1である。マス・ペッド(mass ’bea  )の収縮に起因し、7.1の定常液対木材比においてノ・コヤナギ属の木材1o oky’v加水分解するのに必要な液の合計量は、13.56 : 1の総合的 な液対木材比のためには1356に9である。これらの条件下においては、−緒 に合わせた残留水性相(271kg)中の平均糖濃度は30%(回収される糖8 2.5に9)である。When carrying out hydrolysis in a semi-continuous manner, complete saccharification and dissolution are achieved; To achieve a material recovery of 95% or more, it is necessary to perform five liquid exchanges. preferred liquid The wood to wood ratio is between 7:1 and 10:1. mass ped (mass ’bea) ) at a steady liquid-to-wood ratio of 7.1. The total amount of liquid required for OKY’V hydrolysis is a total of 13.56:1. For a liquid to wood ratio of 1356 to 9. Under these conditions - The average sugar concentration in the residual aqueous phase (271 kg) was 30% (recovered sugar 8 2.5 to 9).

連続式パーコレーション法では、液対木材比は常に10.1に保つことができ、 例えば必要な都度、木材と液との両万馨連続的に加え、反応器内に丁でに存在す る加水分解生成物を逐次取出丁ことができる。またこれにより、揮発分をフラツ ンユ除去した後の液内における糖の67〜40%といった程度の濃度が確立され ろ。このように高い糖固形分の濃度は、従来の方法では強酸による加水分解系を 用いたときにのみ可能であって、稀薄な酸による加水分解?もってしては達成で きなかったものである。In the continuous percolation method, the liquid to wood ratio can always be kept at 10.1, For example, when necessary, both wood and liquid are added continuously, and the amount of water present in the reactor is added continuously. The hydrolyzed products can be sequentially extracted. This also flattens volatile matter. A concentration of about 67-40% of sugar in the liquid after removal of sugar has been established. reactor. Such a high concentration of sugar solids requires conventional methods to use a hydrolysis system using strong acids. Is it possible only when using dilute acid hydrolysis? Hopefully it will be achieved This is something that could not have happened.

液対木材比についての議論は、オルガノソルブ及び酸加水分解にお℃・てきわめ て重要である。何となれば、液対木材比は、加水分解及び溶剤回収の過程におけ るエネルギー人力のほか、エタノールその他の有機溶剤に糖を発酵させた後の水 溶液からアルコール馨回収する過程におけるエネルギー人力に直接関係するから である。従って、液対木材比は、バイオマスを液体化学薬品に変換嘔せるときの 経済性、ならびにプロセスのエイ・ルギー効率(変換時に消費されたエネルギー に対する利得されたエネルギー)に及ぽ丁影響が甚大である。The discussion of liquid-to-wood ratios is particularly important for organosolves and acid hydrolysis. It is important. After all, the liquid-to-wood ratio is important in the hydrolysis and solvent recovery process. In addition to human power, water is used after fermenting sugar into ethanol and other organic solvents. The energy involved in the process of recovering alcohol from solution is directly related to human power. It is. Therefore, the liquid-to-wood ratio is important when converting biomass to liquid chemicals. economics as well as energy efficiency of the process (energy consumed during conversion) The effect on the energy gain (gained energy) is significant.

加水分解液と混合する前に、粉砕セルロース物質を水蒸気で蒸すことは、内蔵さ れている空気を駆逐するのに有利である。このような処理によって、急速な液の 透過が助けられる。このような操作は従来技術において周知である。Steaming the ground cellulosic material with steam before mixing with the hydrolyzate is a It is advantageous for expelling the air that is present. Such treatment allows for rapid liquid removal. Transparency is aided. Such operations are well known in the art.

本例においては、6種の競合系、すなわち、酸性化した水(水性弱酸)、酸性化 した水性エタノール及び酸性化した水性アセトンについての糖化力及び糖の生存 を比較した。In this example, six competing systems are used: acidified water (aqueous weak acid); Saccharifying power and sugar survival for acidified aqueous ethanol and acidified aqueous acetone compared.

いずれの場合にも、タラビー(TAPP工) 0.5 %粘度が35 cPであ り、含水量7%のときの結晶層指数が76%の精製コドン・リンター馨用いた。In either case, Tarabee (TAPP) 0.5% viscosity is 35 cP. A purified codon linter having a crystal layer index of 76% at a water content of 7% was used.

酸性化は硫酸2用いて行い、種々の溶剤系の原料溶液を作り、いずれの場合にも 酸は0.04 Nとした。加水分解条件は下記のとおりであった。Acidification is carried out using sulfuric acid 2 to prepare raw material solutions in various solvents, and in each case The acid was 0.04N. The hydrolysis conditions were as follows.

−一連の実験において、10m1の溶剤混合物と共に、1gのコドン・リンター の試料(オーブン乾燥重量)?ガラス内張りの20m1容のステンレン鋼容器に 入れ、1−80°Cで種々の長さの時間加熱し、残留固形分と、溶液中に検出き れた糖とをグラフ用紙にプロットした。- In a series of experiments, 1 g of codon linter was added with 10 ml of solvent mixture. sample (oven dry weight)? In a 20m1 stainless steel container lined with glass. and heated at 1-80°C for various lengths of time to remove any remaining solids and detectable substances in the solution. The resulting sugars were plotted on graph paper.

このグラフから基質の約99.75.50及び25%の溶解が得られる時間馨読 取り、それ2表1に示す。From this graph, the time required to obtain approximately 99.75.50% and 25% dissolution of the substrate can be read. The results are shown in Table 1.

反応期間の終点において加熱?中断し、容器馨急冷し、中等度の気孔率を有する ガラスるつぼで容器の全内容物YF’過した。溶解しなかった残渣ン最初に温水 で洗い、5m1fつのアセトンで数回ゆ丁ぎ洗いし、最後に温水でゆ丁ぎ洗いし た。105℃で乾燥した後、重畳測定法によって残渣の重量?測定した。Heating at the end of the reaction period? Suspended and quenched in a container, with moderate porosity The entire contents of the container were passed through a glass crucible. Any undissolved residue should be washed with warm water first. Wash with water, rinse several times with 5ml of acetone, and finally rinse with warm water. Ta. After drying at 105°C, the weight of the residue was determined by the superposition measurement method. It was measured.

比較分析?目的として、−緒にしたr液を水で10021に希釈し、0.5ml のアリコート馨試験管に入れた。Comparative analysis? For the purpose, dilute the combined r solution with water to 10021, and make 0.5ml. An aliquot of Kaoru was placed in a test tube.

2、ONの硫酸3 ml Y加え、沸騰水浴中で10′・0℃に40分間加熱し て二次加水分解させた。冷却後溶液を中和し、溶液内に存在する糖乞その還元力 によって測定した。加水分解中に遊離された単糖類に本質的に基づき、結果は均 一であった。基質を加水分解した後で得られる還元糖の理論的%乞、出発物質に ついての既知の化学的組成と加水分解に起因する重量損失との間の差によって測 定した。モノマー性の糖に分解する際のポリマーの水化に起因する炭水化物フラ クションの重量増を補正するため、重量損失に通常1.1111’&乗じる。こ れはモノマー性の糖に加水分解する際にセルロースに付加8れる水の重量%(1 1,11%)ニ基ついている。2. Add 3 ml of ON sulfuric acid and heat in a boiling water bath to 10' 0℃ for 40 minutes. Secondary hydrolysis was carried out. After cooling, the solution is neutralized and the reducing power of the sugar present in the solution is Measured by. Essentially based on the monosaccharides liberated during hydrolysis, the results are uniform. It was one. The theoretical % of reducing sugar obtained after hydrolyzing the substrate, starting material measured by the difference between the known chemical composition of the material and the weight loss due to hydrolysis. Established. Carbohydrate fractionation due to hydration of the polymer as it breaks down into monomeric sugars To compensate for the weight gain of the action, the weight loss is usually multiplied by 1.1111'&. child This is the weight percent of water added to cellulose during hydrolysis to monomeric sugars (1 1.11%).

表1から明らかなとおり、アセトン濃度が50%に増加するにつれて加水分解率 がよくなる。しかしながら、有意な改良は、アセトンmuが酸性化てれた溶剤混 合物の70容量チ以上になったときに初めて観察きれる。はとんど無水のアセト ン溶液を用いたときに。As is clear from Table 1, as the acetone concentration increases to 50%, the hydrolysis rate gets better. However, significant improvements were made when acetone mu was added to the acidified solvent mixture. It can only be observed when the compound has a capacity of 70 or more. Mostly anhydrous acetate when using a solution.

きわめて急速な加水分解速度が得られた。アセトンが80〜90%である溶剤混 合物乞用いた時に溶解塘の安定度が最高であると認められたが、相対的なノ・− フ・ライフは比較的短かった。90チ以上の糖生存は、基質の50%乞溶解生成 物に加水分解するのに必要な時間以下に各温度における反応時間を保つときに得 られる。基質の50%を溶解生成物に加水分解するのに要する時間を糖生存のハ ーフ・ライフと称する。この基準は、加水分解のいかなる段階を考慮するかに関 係なく成立つ。制限された加水分解時間についての加水分解速度及び糖生存の両 者に及は丁溶剤の影響は、本発明による最も驚異的な発見であり、反応混合物中 のアセトンの濃度が80〜90%附近のときに最大の効果を奏することが見いだ された。これよりも高いアセトン濃度では、温度及び酸の#!1度乞度外上昇る 加水分解速度の応答が周知の動力学的原理に従うことが認められた。これは、高 度の加水分解速度と糖分解との上昇のバランスがこれらのパラメーターの上昇、 特に温度の上昇によって改善されなかった、水性希薄酸系及び酸性化された水性 エタノール系の二つの場合に較べて対照的であった。アセトン錯体度の増加に伴 って糖の生存が改善されたことは、高温において改良された安定性馨有するアセ トン糖錯体の形成に帰丁べぎものである。これらの錯体は、制限された時間10 0°Cに希酸と共に加熱することにより、きわめて容易に、しかも安全に加水分 解して遊離の糖となる。Very rapid hydrolysis rates were obtained. Solvent mixture containing 80-90% acetone It was found that the stability of the melt was the highest when combined use was used, but the relative His life was relatively short. Sugar survival above 90% means that 50% of the substrate is produced obtained when the reaction time at each temperature is kept below the time required to hydrolyze the It will be done. The time required to hydrolyze 50% of the substrate to dissolved products is the sugar survival factor. It is called life. This criterion concerns which steps of hydrolysis are considered. It holds true regardless. Both hydrolysis rate and sugar survival for limited hydrolysis time The effect of solvents on the reaction mixture is the most surprising discovery of the present invention. It was found that the maximum effect was achieved when the concentration of acetone was around 80-90%. It was done. At acetone concentrations higher than this, the temperature and acid #! rises beyond expectations once It was observed that the hydrolysis rate response followed well-known kinetic principles. This is a high The balance between the rate of hydrolysis and the increase in glycolysis is the increase in these parameters, Aqueous dilute acid systems and acidified aqueous systems, especially those that were not improved by increasing temperature The results were in contrast compared to the two ethanol-based cases. With increasing degree of acetone complexation, The improved survival of sugars indicates that sugars have improved stability at high temperatures. This is the key to the formation of sugar complexes. These complexes can be used for a limited time 10 Extremely easy and safe hydrolysis by heating with dilute acid to 0°C It is broken down into free sugar.

エタノールの濃度を80%以上とした、同じ定常的な酸性化エタノール−水蒸煮 にお(・では、脱リグニン化も認められなかったし、加水分解も認められなかっ た。この原因は、酸触媒がアルコールと反応して硫酸水素x チル(C2H5− 0−8O2−OH) Ik影形成ること、及び2個のエタノール分子の縮合によ ろジエチルエーテルを形成することにたち1ち消費されてし1つたためである。Same constant acidified ethanol-water steaming with ethanol concentration above 80% In Ni(・, neither delignification nor hydrolysis was observed. Ta. The cause of this is that the acid catalyst reacts with the alcohol, resulting in hydrogen sulfate x chill (C2H5- 0-8O2-OH) by Ik shadow formation and condensation of two ethanol molecules. This is because it is immediately consumed in forming diethyl ether.

これらの条件下においては、エーテルの形成は1つたく実質的であった。1・た 高濃度のアルコール溶液中で形成場れるアルキルゲルコツトは、対しYるアセト ン錯体に較べて遊離の糖への加水分解が困難であり、アルコリシスにより得られ るのはオリゴマー性の糖であって、アセトン−水溶液の場合のような七ツマ〜で はない。従って、アルコール類は望1しくない溶剤損失及び爆発性のエーテルに よる一般的な危険性の故に加水分解用の媒質としては不適当である。リフちニン 化物質に対しては、酸性化アルコール溶液の脱リグニン化力の低いことが決定的 な短所である。0.190%(0,04N )の硫酸の存在下における180℃ での80 : 20のエタノール:水による蒸煮では、加水分解速度は5.47  X 103分−1であり、コドン・リンター分解のハーフ・ライフは126. 8分であった。最大限の76%が254分で溶解し、結晶性の残留物はアルコー ル性溶剤中における加水分解((対する実質的な抵抗を示すものであった。残留 酸濃度は元の濃度の火、丁なわち、0.01 Nであることが認められた。残余 の酸は恐らく種々の副反応に消費されたのであろう。Under these conditions, ether formation was substantial. 1.ta Alkylgelcots, which are formed in highly concentrated alcohol solutions, are Hydrolysis to free sugars is difficult compared to the It is an oligomeric sugar, and it is not as strong as in the case of an acetone-aqueous solution. There isn't. Alcohols therefore lead to undesirable solvent loss and explosive ethers. It is unsuitable as a medium for hydrolysis due to the general dangers caused by Lifchinin For chemical substances, the low delignification power of acidified alcohol solutions is decisive. This is a disadvantage. 180°C in the presence of 0.190% (0.04N) sulfuric acid In 80:20 ethanol:water steaming, the hydrolysis rate is 5.47 X 103 min-1, and the half-life of codon linter degradation is 126. It was 8 minutes. Maximum 76% dissolved in 254 minutes, crystalline residue dissolved in alcohol showed substantial resistance to hydrolysis ((residual The acid concentration was found to be the original concentration of 0.01N. remainder The acid was probably consumed in various side reactions.

同一の加水分解条件の下において、酸性化された水の媒質及び酸性化石れた水性 エタノール媒質VCx ル:1トン・リンターの完全溶解には、過剰に長時間の 加水分解時間?必要とすることがデータから明らかである。Under the same hydrolysis conditions, acidified water medium and acidified water medium Ethanol medium VCx: For complete dissolution of 1 ton linter, an excessively long time is required. Hydrolysis time? It is clear from the data that this is necessary.

エタノール濃度を50%から80%に高めても、加水分解速度は改善されなかっ たし、%に糖の生存も改良されなかった。エタノール水中における加水分解速度 は、希醪水溶液中における加水分解速度よりもかろうじて良好であるに丁ぎなか った。Increasing the ethanol concentration from 50% to 80% did not improve the hydrolysis rate. However, the percent sugar survival was not improved either. Hydrolysis rate in ethanol water is just barely better than the hydrolysis rate in dilute aqueous solution. It was.

これらの例は、高速度の加水分解及び高度の糖生存にとって70%以上の高アセ トン濃度が必須であることを明示するものである。90%以上の循回収率を得る のに示された条件下にあっては、〕・−フ・ライフ用に示されたよりも短い反応 時間(又は高温に烙ら丁時間)が望ましい。従って、これらのデータによれば、 Q、04 Nの硫酸と共に80 : 20のアセトン:水乞溶剤混合物として1 80℃の温度で用いる際には、完全糖化及び定量的な糖の回収は、液の滞留時間 が10分を超えないパーコレーション法又はバス・スルー法(pass thr ough process )によるべきであろう。以下の例に示されるとおり 、高い温度及び濃厚な酸の濃度を用いた場合の滞留時間は実質的に短縮芒せる必 要があろう。These examples include high acetylation rates of over 70% for high rates of hydrolysis and high sugar survival. This clearly indicates that ton concentration is essential. Obtain a circulation recovery rate of over 90% Under the conditions shown in , a shorter reaction than that shown for (or heating time at high temperature) is preferable. Therefore, according to these data, Q, 80:20 acetone with 04N sulfuric acid: 1 as a solvent mixture When used at a temperature of 80°C, complete saccharification and quantitative sugar recovery are achieved by the residence time of the liquid. percolation method or bus-through method (pass thr It should be according to the process). As shown in the example below When using high temperatures and concentrated acid concentrations, the residence time can be substantially reduced. There must be a point.

収率で50%以下の固形残渣は、高度の結晶度(87%ンを示し、純粋な白色物 質であり、130〜150のDP (重合度)を有する。The solid residue with a yield of less than 50% shows a high degree of crystallinity (87%) and is a pure white product. It has a DP (degree of polymerization) of 130 to 150.

表1. アセトン濃度の関数としてのコドン・リンターの定常的加水分解におけ る前進反応速度。Table 1. In the steady-state hydrolysis of codon linters as a function of acetone concentration forward reaction rate.

25 49 95 回収率 優 9978ろ 27〃 不良 255 99#優 99 87 58 /l 不良 253 99//優 99 41 56 II 不良 例 ■ 基質としてコドン・リンターを用い、80:20のアセトン:水溶剤中における 180°Cの温度での加水分解速度及び糖の生存に及はす酸の濃度の影響を調べ た。25 49 95 Recovery rate Excellent 9978ro 27 Defective 255 99# Excellent 99 87 58 /l Defective 253 99//Good 99 41 56 II Defective Example ■ in 80:20 acetone:water using codon linters as substrates. Investigating the effect of acid concentration on hydrolysis rate and sugar survival at a temperature of 180°C Ta.

定常的な蒸煮において、適当な加水分解液10m1と共に、コドン・リンターの 1g試料(オーブン乾燥)をガラス内張りステンレス調圧力容器内で加水分解し 、もとの基質塊が加水分解及び溶解するまで加熱した。In constant cooking, codon linters are added with 10 ml of suitable hydrolyzate. 1 g sample (oven dried) was hydrolyzed in a glass-lined stainless steel pressure vessel. , and heated until the original matrix mass was hydrolyzed and dissolved.

例1におけるようなグラフを描き、25 、50 、75及び99%の加水分解 水準を測定した。Draw a graph as in Example 1, with 25, 50, 75 and 99% hydrolysis. The level was measured.

例Iにおけると同じ方法で反応生成物の仕上は処理を行った。結果を表2に示す 。The reaction product was worked up in the same manner as in Example I. The results are shown in Table 2. .

実験した範囲内では、酸の濃度が高くなると加水分解速度が高くなり、固形残渣 について・・−7・ライフとして示された時間を単一段階の加水分解時間が超え ると、楯の分解速度が多少早くなった。同じ濃度の硫酸及び塩酸は、はとんど互 角の結果となるのが認められた。酸の濃度を高めると、ノ・−7・ライフが急速 に短縮されることから明らかなとおり、実質的に加水分解の促進効果のあること が認められた。従って、他の条件をすべて一定に保つならば、酸の濃度を制限す ることによって加水分解速度を容易に制御することができる。Within the range of experiments, higher concentrations of acid lead to higher rates of hydrolysis and less solid residue. Regarding...-7.The time indicated as life exceeds the single-step hydrolysis time. As a result, the speed at which the shield decomposed became somewhat faster. Sulfuric acid and hydrochloric acid of the same concentration are almost mutually exclusive. It was observed that the result was a corner. When the concentration of acid is increased, the life of No.-7. As is clear from the fact that it is shortened to , it has a substantial effect of promoting hydrolysis was recognized. Therefore, if all other conditions are held constant, the concentration of acid should be limited. The rate of hydrolysis can be easily controlled by

表2 コドン・リンターの定常的加水分解における前進加水分解速度に及ぼす酸 の濃度の影響。Table 2 Effect of acid on forward hydrolysis rate in steady hydrolysis of codon linters The effect of the concentration of.

温度=180°C1溶剤:アセトン/水−80/20、L/W=10/1゜25  ろ2.5 99 50 77.9 90 0.01 0.047 75 155.8 8.9 1 6799 517.0  57 99 195.0 67 99 87.7 58 99 56.2 52 99 37.5 50 25 12.8 98 99 204.5 60 例 ■ 80 : 20のアセトン:水の中に0.04 Nの硫酸を含む酸性化された水 性アセトン溶液を種々の加水分解時間において用い、コドン・リンターの加水分 解に及(・!す温度の影響を調べ、例1におけるごとぐ25゜50.75及び9 9%の重量損失を測定した。すべての蒸煮において、油浴内に入れる前に35℃ に予備コンディショニングして、調査した種々の温度水準における加熱時間の影 響を除くようにした。Temperature = 180°C1 Solvent: Acetone/Water - 80/20, L/W = 10/1°25 ro 2.5 99 50 77.9 90 0.01 0.047 75 155.8 8.9 1 6799 517.0 57 99 195.0 67 99 87.7 58 99 56.2 52 99 37.5 50 25 12.8 98 99 204.5 60 Example ■ 80: 20 acetone: acidified water containing 0.04 N sulfuric acid in water Hydrolysis of codon linters using aqueous acetone solutions at various hydrolysis times Examining the effect of temperature on the solution, as in Example 1, 25°50.75 and 9 A weight loss of 9% was measured. For all steaming, boil at 35°C before placing in the oil bath. The effect of heating time at various temperature levels investigated I tried to remove Hibiki.

生成物の最終処理及び分析を例Iにならって行い、結果を表5に要約する。Final treatment and analysis of the product was carried out according to Example I and the results are summarized in Table 5.

温度を高くすると、加水分解速度を加速する効果が顕著であること、及び一般に このような単一工程のバッチ蒸煮にあっては、加水分解の任意の段階における糖 分解・・−7・ライフをこえる反応時間は、用いられた高温条件下の糖分解速度 を若干筒めることがこれらのデータかられかる。しかしながら、このような高温 加水分解は実際には、コドン・リンターのよう、、K加水分解しにくい基質であ っても即座にこれを高収率で加水分解しうろことが認められた。糖の分解率は、 酸の濃度を下げること、及び液封木材比を高めること忙よっである程度相殺され 、その場合には加水分解における前進反応速度(forwardreact、i on rate ) (kl)は影響されず、糖分解速度(k2)が低下する。Increasing the temperature has a pronounced effect on accelerating the rate of hydrolysis, and in general In such single-step batch cooking, the sugar content at any stage of hydrolysis is Decomposition...The reaction time exceeding -7.life is the sugar decomposition rate under the high temperature conditions used. From these data, it can be seen that the However, such high temperatures In fact, hydrolysis is difficult for substrates that are difficult to hydrolyze, such as codon linters. However, it was found that it could be immediately hydrolyzed in high yield. The decomposition rate of sugar is This is offset to some extent by lowering the acid concentration and increasing the liquid-sealed wood ratio. , in which case the forward reaction rate in hydrolysis (forward react, i onrate) (kl) is not affected, and the rate of glycolysis (k2) decreases.

それにより、k工/に2の比率に依存する糖の生存は、もし高濃度のアセトンを 用いれば著るしく改善される。Thereby, the survival of sugars, which depends on the ratio of k/2 to If used, it will be significantly improved.

表6. 酸性化された80 : 20のアセトン水中におけるコドン・リンター の加水分解速度及び糖の生存に及はす温度の影響。Table 6. Acidified 80: Codon linters in acetone water of 20 Effect of temperature on hydrolysis rate and survival of sugars.

触媒:0.04NのH2SO4,L/W=10/1゜99 640 40 99 87.7 58 99 15.2 、63 25 0.59 99 99 6.17 58 肴 アセトン/水−90/10.0.10 NのH2SO4゜ロ k水−1,0 (k、= 2.1 ; 表1 )例 ■ 本例で報告する蒸煮実験は、酸の濃度を下げ、そして反応温度を上げることによ って、高加水分解速度を低下させることなしに糖の生存を高めるという、今まで に観察されたことのない関係を説明するものである。Catalyst: 0.04N H2SO4, L/W=10/1゜99 640 40 99 87.7 58 99 15.2, 63 25 0.59 99 99 6.17 58 Appetizer Acetone/Water-90/10.0.10N H2SO4゜Rok Water-1.0 (k, = 2.1; Table 1) Example ■ The steaming experiments reported in this example were performed by lowering the acid concentration and increasing the reaction temperature. So far, we have been trying to increase sugar survival without reducing the high hydrolysis rate. This explains a relationship that has never been observed before.

類例のないこの発見は表4のデータに示されている。This unique finding is illustrated by the data in Table 4.

酸の濃度を低下させるが、反応温度゛を槁くすることの影響は、コドン・リンタ ーの19の試料(オーシン乾燥重量)を、溶剤混合物に対して0.01〜0.0 05N H2SO,を含む80:20のアセトン:水蒸煮液10m1と共にガラ ス内張りのステンレス鋼製圧力容器内で蒸煮し、190〜220℃の反応温度で 基質の50%及び75%の溶解が得られるまでこれを加熱することによって示さ れた。Although the concentration of acid is reduced, the effect of increasing the reaction temperature is -19 samples (Osin dry weight) of 0.01 to 0.0 to the solvent mixture 80:20 acetone containing 05N H2SO: glass with 10ml of steaming liquid. Steamed in a stainless steel pressure vessel lined with steam at a reaction temperature of 190-220°C. This is demonstrated by heating this until 50% and 75% dissolution of the substrate is obtained. It was.

例Iに略記したと同じように反応生成物の冷却及び仕上げ処理を行って糖の生存 及び反応速度を測定した。The reaction product was cooled and worked up as outlined in Example I to ensure survival of the sugars. and the reaction rate was measured.

アセトン含有量が80%以上の加水分解液を用いるならば、酸の濃度を下げても 反応温度を上げることによって良好な結果が得られ、反応速度は低下せず、しか も糖の収率(生存)が上昇することをデータは示している。このような傾向は、 加水分解速度及び糖の生存の増大は酸の濃度を高めることと温度を上昇させるこ ととの関数であると貌く、従来刊行されたすべての科学文献の結果と逆である(  Seamen、 J、F、、 AC8゜Honolulu 1979 ; B IO−Energy、 At1anta 1980 )。If you use a hydrolyzate with an acetone content of 80% or more, it will work even if the acid concentration is lowered. Good results were obtained by increasing the reaction temperature, the reaction rate did not decrease, but Data show that sugar yield (survival) also increases. This trend is Increasing the rate of hydrolysis and survival of sugars can be achieved by increasing the concentration of acid and increasing the temperature. This is contrary to the results of all previously published scientific literature, which appears to be a function of Seamen, J, F, AC8゜Honolulu 1979; B IO-Energy, Atlanta 1980).

アセトン水系の驚くべき溶剤効果は、今までに科学文献又は先行技術で観察され たこともなければ、また報告されたこともない。The surprising solvent effect of acetone water systems has never been observed in the scientific literature or in the prior art. It has never happened or been reported.

表4.80:20のアセトン:水溶剤中におけるコドン・リンターの加水分解に おける糖の生存に及はす高反応温度及びきわめて低い酸触媒濃度の影響。Table 4. 80:20 acetone: for hydrolysis of codon linters in aqueous solvents The effect of high reaction temperatures and very low acid catalyst concentrations on the survival of sugars.

9 0.01規定の(H2so、] 490 ppm0.005規定の[H2SO, 11245ppm例 ■ いくつかの木材種の1gの試料を0.04 N H2SO,カー含まれている8 0:20のアセトン:水の中で180℃で加水分解した。加水分解速度は、容易 に加水分解可能なリグニン及びヘミセルロースの影響による混乱を防止する目的 で結晶性のセルロースフラクションのみについて計算した。元のオープン乾燥物 質の25゜50.75及び99%の物質損失にいたる時間と、計算した反応速度 とを表4に示す。9 0.01 normal (H2so, ] 490 ppm 0.005 normal [H2SO, 11245ppm example ■ A 1 g sample of some wood species was mixed with 0.04 N H2SO, containing 8 Hydrolyzed in 0:20 acetone:water at 180°C. Hydrolysis rate is easy The purpose is to prevent confusion caused by the effects of hydrolyzable lignin and hemicellulose. was calculated only for the crystalline cellulose fraction. original open dry goods 25°50.75 of quality and time to 99% material loss and calculated reaction rate are shown in Table 4.

例Iに示した方法で生成物の仕上げ処理を行ったカー、蒸留によって揮発性成分 を除去した後、沖過又&ま遠)6分離法によって沈殿リグニンを除く必要力;あ った。The product was worked up in the manner described in Example I, and the volatile components were removed by distillation. After removing the precipitated lignin, remove the precipitated lignin by the 6 separation method; It was.

同一条件下において、木材の加水分解速度力tコドン・リンターの加水分解速度 のざっと2倍であることカー明らかである。前進反応速度の増加に起因し、循回 収率がまことに感銘的となった。Under the same conditions, the hydrolysis rate of wood t codon linter hydrolysis rate It is clear that the amount is roughly twice that of the average. Circulation due to increased forward reaction rate The yield was truly impressive.

ベイマツの速度はI・コヤナギ属及びさとうきびの殻よりも若干遅かった。しカ ルながら、純粋の水性系の中で、池の条件を同一にして(同じ温度及び酸触媒含 有量)加水分解を試みたところ、通常の希酸加水分解温度の180℃で280分 に亘る長時間の蒸煮で0.5×103分−1の加水分解速度が得られ1重量損失 &まわずか6%が記録されたにとどまった。従って、高アセトン含有量の加水分 解液を用いることにより、純粋に水性の系で可能なベイマツの加水分解速度より も100倍以上速い加水分解が得られ、同時にリグニンが溶解されることになる 。The speed of Douglas fir was slightly slower than that of I. spp. and cane husk. Shika in a purely aqueous system, with identical pond conditions (same temperature and acid catalyst content). When hydrolysis was attempted, the result was 280 minutes at 180°C, the normal dilute acid hydrolysis temperature. A hydrolysis rate of 0.5 x 103 min-1 was obtained by long-term steaming for 1 weight loss. & Only 6% were recorded. Therefore, hydrolysis with high acetone content By using a solution, the hydrolysis rate of Douglas fir is faster than that possible in a purely aqueous system. The hydrolysis is more than 100 times faster than the previous one, and lignin is dissolved at the same time. .

木材の一部抛化による生成物のうち、収率的60〜35%の固形残渣は純粋な白 色物質であって、残留リグニンヲ含んでいない。このセルロースフラクションは 、ハコヤナギ属を原料とした場合には80%の結晶度指数及び80〜2800重 合度(DP)を有している。The solid residue of 60-35% yield of the product of partial wood evaporation is pure white. It is a colored substance and does not contain residual lignin. This cellulose fraction is , when cottonwood is used as raw material, crystallinity index of 80% and weight of 80-2800 It has a degree of accuracy (DP).

他の木材様についても同じような結果が得られる。Similar results can be obtained for other types of wood.

表5 触媒として0.04 Nの硫酸を存在させた80:20のアセトン:水混 合物中180℃における代表的な木材様の加水分解速度。Table 5 80:20 acetone:water mixture in the presence of 0.04N sulfuric acid as catalyst Typical wood-like hydrolysis rate at 180°C in compound.

(液/木材=10/1) 99 ろ4.5 92. 99 46.1 86 例 ■ 水が存在するにも拘らず、高アセトン濃度とすることによって比較的安定なアセ トン−糖錯体が形成されるということは、本発明の別の利点であると認められる 。高温における糖錯体のすぐれた安定性は溶解している糖の生存に良好な結果を 与える。表1のデータから改良点が明白に示されている。(liquid/wood = 10/1) 99 ro 4.5 92. 99 46.1 86 Example ■ Despite the presence of water, the high acetone concentration makes the acetate relatively stable. It is recognized that it is another advantage of the present invention that a ton-sugar complex is formed. . The excellent stability of sugar complexes at high temperatures has favorable consequences for the survival of dissolved sugars. give. The data in Table 1 clearly shows the improvements.

また、種々の抛錯体の揮発度及溶解度の相違に起因し、本発明(でおいては5種 類の主要木材抛を容易に分離することができ、所望によってはそれらをほとんど 定量的に単離することができる。しかしながら、水性加水分解生成物中の糖誘導 体の混合性に起因し、完全、かつ、精密な分離を所望するとすれば、揮発分を除 いた後で回収された水性の糖汁を中和し、汁液を濃縮し。In addition, due to the difference in volatility and solubility of various complexes, the present invention (in the present invention, five types It is possible to easily separate the main wood rods of the class, and if desired, they can be separated into most It can be isolated quantitatively. However, sugar derivatization in aqueous hydrolysis products Due to the miscibility of the body, if complete and precise separation is desired, removal of volatiles is necessary. The aqueous sugar juice recovered after fermentation is neutralized and the juice is concentrated.

てフロップとすることが常に必要である。次に′5%の酸を含む無水アセトン中 にフロップを再溶解し、すべての糖がそれぞれのジアセトン錯体を形成するまで 、少なくとも6時間放置し、その後で下2に述べるような精密分離を行う。分離 された糖錯体は、少なくとも20〜40分間希酸中で沸騰すると容易(で加水分 解する。It is always necessary to flop. then in anhydrous acetone containing 5% acid. Redissolve the flop in until all sugars form their respective diacetone complexes. , for at least 6 hours, after which precision separation is performed as described in section 2 below. separation The resulting sugar complex is easily hydrolyzed by boiling in dilute acid for at least 20 to 40 minutes. Understand.

かぐして、10 g (OD)のハコヤナギ属の粗おがくず(5メツンユの篩を 通るもの)を1oomtの加水分解液(触媒として0.04 Nの硫酸を含む8 0:20のアセトン:水で構成)と共に仕込んだ。ボンベを9分間熱グリセロー ル浴中に浸漬して180 ’Cとなし、所望の反応時間に達するまで加熱を続け た。Smell and add 10 g (OD) of cottonwood coarse sawdust (sifted through a 5 ml sieve). 1 oomt of hydrolyzed solution (containing 0.04N sulfuric acid as a catalyst) (0:20 acetone:water). Heat glycerol in cylinder for 9 minutes 180'C and continue heating until the desired reaction time is reached. Ta.

別の大形のfンベ内で、80 : 20のアセトン:水及び0.04 Nの硫酸 を含む450 mlの加水分解液の予備加熱も行い、サイホン管及び締切りバル ブで前記の反応容器に連結した。5分間の反応温度の後(合計9+3=12分) 、75.9の砕氷を入れた小形ビーカー内に反応液を排出した。そばに置いであ る容器から反応容器内に直ちに熱液を再装入し、反応をさらに6分間進行させた 後、前記のように反応器の内容物を再度取出した。合計で5回液の交換を行い、 これらの液を集めて分析に供する。急冷した反応器内容物の分析を次のように行 った; 低沸点揮発性物質を蒸発させる前に、加水分解生成*、%、1及び%、2を一緒 にした。低温(50’O)及び減圧下にアセトンをフラッシュ蒸発させて、羽毛 状のリグニンを沈殿させた。静置することにより、この沈殿物は粒状物の小さな かたまりになったみこのリグニンを慎重に母液から戸別し、水で2回に分けて洗 った後真空中で乾燥し、恒量り粉末を得た。回収リグニン粉末の秤量値は1.6 7.9であり、重量平均分子量は2800であった。In a separate large chamber, combine 80:20 acetone:water and 0.04N sulfuric acid. We also preheated 450 ml of hydrolyzed solution containing The tube was connected to the reaction vessel described above. After 5 minutes of reaction temperature (total 9+3=12 minutes) The reaction solution was drained into a small beaker containing 75.9 g of crushed ice. Keep it nearby The hot liquid was immediately reintroduced into the reaction vessel from the container containing the hot liquid, and the reaction was allowed to proceed for an additional 6 minutes. Thereafter, the contents of the reactor were again removed as described above. The liquid was replaced a total of 5 times, These liquids are collected and subjected to analysis. Analysis of the quenched reactor contents was performed as follows. It was; Combine the hydrolysis products*, %, 1 and %, 2 before evaporating the low boiling point volatiles. I made it. Feathers were prepared by flash evaporation of acetone at low temperature (50’O) and reduced pressure. lignin was precipitated. By standing still, this precipitate becomes a small particulate matter. Carefully separate the lumped lignin from the mother liquor and wash it twice with water. After drying in vacuum, a constant weight powder was obtained. The weighing value of recovered lignin powder is 1.6 7.9, and the weight average molecular weight was 2,800.

F液を合わせて(127+++j)中和し、全部ガラスで組立てた装置内で水蒸 気蒸留を行い、約’、5mlの留出物を回収した。留出物と残留溶液との両者を それぞれ100m/とじ、それらの各Q、5mi分を硫酸で酸性化して5%の酸 濃度とし、水浴上で40分間沸騰させた。Combine the F liquids (127+++j), neutralize them, and steam them in a device made entirely of glass. Gaseous distillation was performed and approximately 5 ml of distillate was collected. Both distillate and residual solution 100m/batch each, and acidify each Q, 5m of them with sulfuric acid to 5% acid. The mixture was concentrated and boiled for 40 minutes on a water bath.

溶液を中和し、糖の還元力をソモギ法で測定した。抛の収量は留出液で1.89 .9、残留液からは1.969であった。The solution was neutralized and the reducing power of sugar was measured by the Somogi method. The yield of 抛 is 1.89 as a distillate. .. 9. It was 1.969 from the residual liquid.

水蒸気蒸留の留出液から得られた楯の抛アルコールアセテートに対するガス・ク ロマトグラフィーによる測定を行ったところ、主としてキンロース及びアラビノ ースからなることがわかった。−万、残留溶液についての同じような分析により 、グルコース、マンノース及びガラクトースが検出され、痕跡量のキンロースも 混在していることが判った。Gas gas reaction for alcohol acetate obtained from distillate of steam distillation When measured by chromatography, it was found that mainly kinkloose and arabino It was found that it consists of - 10,000, by similar analysis of the residual solution , glucose, mannose and galactose were detected, as well as traces of quinlose. It turned out that they were mixed.

加水分解生成物%、ろには、溶剤のアセトンを蒸発させた後、痕跡量のリグニン が含まれているにすぎず、少量すぎて回収困難であったので、重量測定法によっ て測定を行った。このものを遠心分離によって除去した。水性残留物(97m/ )を硫酸で酸性化して酸の濃度3%とし、40分間沸騰させ、中和後沖過してか ら100m1にした。ソモギ法でP液の還元売含有量を調べたところ1.859 であった。アリコート試料についての糖アルコールアセテートのGC分析により 、グルコースが主成分であって、それに痕跡量のマンノース及びガラクトースが 含まれていることが認められた。Hydrolysis products%, after evaporating the solvent acetone, traces of lignin However, it was difficult to recover because it contained only a small amount of The measurements were carried out. This material was removed by centrifugation. Aqueous residue (97m/ ) was acidified with sulfuric acid to give an acid concentration of 3%, boiled for 40 minutes, and filtered after neutralization. The area was set to 100m1. When the reduced content of P solution was investigated using the Somogi method, it was 1.859. Met. By GC analysis of sugar alcohol acetate on aliquot samples. The main component is glucose, with trace amounts of mannose and galactose. It was found that it was included.

加水分解生成物/ぢ、4及び刃、5についての処理及び分析を466と同じよう に行った。H−4からは1.759の還元砲が得られ、H−5からは1.40  !9の糖が得られ、アリコート試料についてのGC分析の結果によると、いずれ もグルコースのみで構成されていた。Hydrolysis products/di, 4 and blades, 5 were treated and analyzed in the same manner as in 466. I went to 1.759 reduction gun is obtained from H-4, 1.40 from H-5 ! 9 sugars were obtained and according to the results of GC analysis on aliquot samples, It was also composed only of glucose.

・非溶解残渣は、105℃のオーデフ中で2時間乾燥した後の重量が0.12  gであった。・The weight of the undissolved residue after drying in Odef at 105°C for 2 hours is 0.12. It was g.

回収物は次のように要約される: 粉末リグニン 1.67g 合計ペントース糖 1.89.9 合計ヘキソース抛 6.92.9 物質収支: 1、 リグニン回収率: 98.2% 2、循回収率: 97.8% 例 ■ ジクロロメタンで予備抽出し、温度を調節した室内で水分8%に風乾した10F ODのベイマツのおがくず(10メツシユの篩を通過するもの)を例■における と同じ加水分解装置内に入れ、0.05 Nの塩酸を含む80:20のアセトン :水の溶剤を用いて5回の逐次工程による加水分解を行った。各反応工程は、2 00℃の反応温度における5分間の処理で構成された。温度を上げるための加熱 時間は7分であった。この場合にも、加水分解生成物板1とぢ、2とは一緒に合 せ、そして後の留分は別々に分析した。The recoveries are summarized as follows: Powdered lignin 1.67g Total pentose sugar 1.89.9 Total hexose amount 6.92.9 Material balance: 1. Lignin recovery rate: 98.2% 2. Circulation recovery rate: 97.8% Example ■ Pre-extracted with dichloromethane and air-dried to 8% moisture in a temperature-controlled room at 10F. Using OD Douglas fir sawdust (which passes through a 10-mesh sieve) as an example, 80:20 acetone containing 0.05N hydrochloric acid. : Hydrolysis was carried out in 5 sequential steps using a water solvent. Each reaction step consists of 2 It consisted of a 5 minute treatment at a reaction temperature of 00°C. heating to increase temperature The time was 7 minutes. In this case as well, hydrolysis product plates 1 and 2 are combined together. and later fractions were analyzed separately.

H−1及びH−2を一緒にした液からは、揮発分を低温で蒸発させた後2.59 9のリグニンが得られ、リグニン粉末を濾過することによって155m/の水性 液体が回収された。乾燥リグニンの重I平均分子量はろ200であった。p液を pH8に中和し、全ガラス製装置を用いて水蒸気蒸留を施した。回収された28 mzの留出物には0.62.9のペントースが含まれていた。From the combined solution of H-1 and H-2, after the volatile components are evaporated at low temperature, 2.59 9 of lignin was obtained and 155 m/a of aqueous was obtained by filtering the lignin powder Fluid was recovered. The weight average molecular weight of the dried lignin was 200. P liquid It was neutralized to pH 8 and subjected to steam distillation using an all-glass apparatus. 28 recovered The mz distillate contained 0.62.9 pentoses.

このp液を酸形のカチオン交換樹脂に通し、水蒸気蒸留を繰返したところ、前記 のペントースから0.58 &のキンロースの得られたことがGC分析によって 測定された。When this p liquid was passed through an acidic cation exchange resin and steam distillation was repeated, the GC analysis showed that 0.58 & of kinloose was obtained from the pentose of Measured.

上記の水蒸気蒸留の後の残留物(1281117)をイオン交換カラムで中和し 、沖液を濃縮して70ツゾとなし、若干の結晶マンノースを結晶種として加えた うえ1没放置した。結晶性の物質を濾過して集め、エタノール−石油エーテルか ら再結晶した。この結晶を再度水に溶解し、酸性化してろチの酸となし、40分 間沸騰させて遊離の楯を遊離させた。炭酸銀で中和した後、GCによる湖アルコ ールアセテートの分析を行って溶液中の糖の濃度を測定した。QCで検出された 唯一の糖はマンノースであり、収量は1.00 Fと計算された。The residue (1281117) after the above steam distillation was neutralized with an ion exchange column. , Oki liquid was concentrated to 70 tsuzo, and some crystalline mannose was added as a crystal seed. I left it alone for a while. Collect the crystalline substance by filtration and extract it from ethanol-petroleum ether. It was recrystallized from Dissolve this crystal in water again and acidify it to make rochi acid for 40 minutes. The mixture was boiled for a while to release free shields. Lake Arco by GC after neutralization with silver carbonate An analysis of sugar acetate was performed to determine the concentration of sugar in the solution. Detected by QC The only sugar was mannose and the yield was calculated to be 1.00F.

5mtずつの水でエタノール−石油エーテル溶液の抽出を行い、回収した水性層 と、前記の結晶性生成物がら取除いたシロップとを一緒に合わせた。溶液を手ば や〈加熱してアルコールを駆逐し、塩酸で5%の酸となし、40分間沸騰させ、 炭酸銀で中和し、そしてGC分析用の抛アルコールアセテートを調製した。−緒 に合わせたシロップとF液には合計58gの糖が含まれており、そのうちの0. 29 #はガシクトースであり、0.25.9はグルコースであり、そして0. 049はマンノースであった。Extract the ethanol-petroleum ether solution with 5 mt of water and collect the aqueous layer. and the syrup from which the crystalline product had been removed were combined. Handle the solution Heat to drive out the alcohol, make 5% acid with hydrochloric acid, boil for 40 minutes, Neutralized with silver carbonate and prepared alcohol acetate for GC analysis. - cord The combined syrup and F solution contain a total of 58g of sugar, of which 0. 29 # is gasictose, 0.25.9 is glucose, and 0. 049 was mannose.

加水分解生成物置、ろから揮発分を除去したところ、1.89.9の純グルコー スと0.4gのリグニンの沈殿とが得られた。When the volatile components were removed from the hydrolysis product, pure glucose of 1.89.9% was obtained. A precipitate of 0.4 g of lignin was obtained.

加水分解生成物A4からは1.669の純グルコースと、きわめてfilfのリ グニンとが得られ、一方H−5からは1.85gのグルコースが得られたが、ニ グニンは得られなかった。非溶解残渣は0゜18gであって、99%がグルコー スで構成されていた。Hydrolysis product A4 yields 1.669 pure glucose and a very filtrate. On the other hand, 1.85 g of glucose was obtained from H-5, but Gunin was not obtained. The undissolved residue was 0.18g, and 99% was glucose. It consisted of

回収率をまとめると次のとおりである:H−1.2及び6;リグニン 2.79 9キンロース 0.58 g マンノース 1.00.9 H−4: ヘキソース ’1.661 H−5= ヘキソース 1.859 10.5711 合計糖回収率; 7.60 g = 95.95%(理論値に対し)リグニン回 収率:98% 大規模な工業的な条件下妊おいては、回収した塘溶液の急冷は、揮発性物質の制 御されたフラツンユ蒸発によって達成するのが最善である。例■及び■で実施し た圧力容器の外部での砕氷による液体試料の冷却は、小規模の処理に際して便利 であることを理由に適用したものである。The recovery rates are summarized as follows: H-1.2 and 6; lignin 2.79 9 Kinloast 0.58g Mannose 1.00.9 H-4: Hexose '1.661 H-5 = Hexose 1.859 10.5711 Total sugar recovery rate; 7.60 g = 95.95% (relative to theoretical value) lignin times Yield: 98% Under large-scale industrial conditions, quenching of the recovered solution is necessary to control volatile substances. This is best accomplished by controlled evaporation. Implemented with examples ■ and ■ Cooling of liquid samples by crushing ice outside the pressure vessel is convenient for small-scale processing. It was applied because of the fact that

国際調査報告international search report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、少量の酸性化合物を含むアセトン及び水の溶剤混合物を用い、リグニンを含 んでいてもよい粉砕セルロース物質を圧力容器内で高められた温度で処理して液 内に還元糖を形成することによる、前記セルロース物質から糖のような炭水化物 の加水分解生成物を製造する方法において、 fat 高められた温度の圧力容器内に、セルロース物質と共に、溶剤混合物と して少なくとも70容量係のアセトンを含むアセトンと水との混合物及び触媒性 の酸性化合物を準備し、 +bl セルロース物質が少なくとも一部溶解するまで、そしてセルロース物質 からの可溶化された糖が液中で非糖類に分解しないでその少なくとも90%が回 収されるように、セルロース物質を溶剤混合物中において高められた温度で制限 された時間だけ処理し、そしてtel 液を圧力容器から取出した際にすみやか にそれを冷却することを特徴とする方法。 2 アセトンと水との混合物中のアセトンのatを80〜90容1に%とする請 求の範囲1の方法。 6、 酸性化合物が眺酸であり、そして濃度がアセトン−水混合物の重量に対し て2%以下である請求の範囲2の方法。 4 酸性化合物が塩酸であり、そして濃度がアセト囲ろの方法。 5 高められた温度が145℃と260°Cとの間である請求の範囲1の方法。 6 )g論的に高められた温度及び希酸溶液の下で液をさらに加水分解すること により、本質的に七ツマー性の抛を生成する請求の範囲1の方法。 Z 液を蒸留し、それによってベント〜ス類を液から気化させる請求の範囲1の 方法。 8 水溶液が固形分15%以上の溶解した糖を含む請求の範囲1.6又は7の方 法。 9 高められた温度における少なくとも2段1階においてセルロース物質を圧力 容器内で処理し、そして各段階を制限された時間だけ行った後、セルロース物質 をすみやかに冷却する請求の範囲1の方法。 10、酸の濃度をアセトン−水混合物に灯して0.1ONと0.001 Nとの 間にする請求の範囲6又は4の方法。 11、液に含まれる揮発性物質を減圧下に留去し、残留水溶液中のリグニンを沈 殿させてそれを分離する請求の範囲1の方法。 12、少量の酸性化合物を含むアセトン及び水の溶剤混合物を用い、リグニンを 含んでいてもよい粉砕セルロース物質を圧力容器内で高められた温度で処理し、 すべてのリグニンを可溶化し、かつ、液中に還元糖を形成することによる、前記 セルロース物質がら糖及びリグニンのような炭水化物の加水分解生成物を製造す る方法において、 fa) 高められた温度における圧力容器内に、セルロース物質と共に、溶剤混 合物として少なくとも70容量易のアセトン錯体むアセトンと水との混合物及び 触媒性の酸性化合物を準備し、 lbl セルロース物質が少なくとも一部溶解するまで、そしてセルロース物質 から可溶化された糖の少なくとも90%が非抛類に分解することなく回収される ようた温度の下、1段階で50%以下のセルロースが溶解するのに充分な時間だ け処理し、それにより、セルロース物質に含まれる炭水化物を一部、又は実質的 に完全に溶解及び加水分解し、 (cl 圧力容器から液を連続的に取出し、ldl 制御されたアセトンの7ラ ンンユ蒸発によって液を、i!、運に冷却して残留水溶液を形成し、そして(e l 残留水溶液から循及びすべてのリグニンを回収することを特徴とする方法。 10、セルロース物質がリグノセルロース性であり、そして減圧下に揮発性物質 を留去して残留水溶液及びリグニンの沈殿を残留物として得、そして糖を回収す る前に残留水溶液を中和する請求の範囲12の方法。 14 アセトン及び水の濃度が80〜90%である請求の範囲12の方法。 15 ペントース楯をアセトン錯体として残留水溶液から気化させることにより 、ヘキソース糖からペントース糖を分離する請求の範囲12の方法。 16Wl−アセトン錯体を高められた温度において水性酸と接触させることによ り、各錯体を分解させる請求の範囲15の方法。 1Z楯の脱水生成物が形成されるまで、高められた温度において錯体を水性酸で 処理しつづける請求の範囲16の方法。 18 セルロース物質をバッチ方式又は連続方式で処理し、そして回収された溶 剤フラクションを別個に、又は−まとめにして仕上は処理する請求の範囲12の 方法。 19反応器から本質的に純粋なセルロースが固形残渣として回収される時点にお いて、セルロース物質の加水分解を好都合に中止する請求の範囲12の方法。 20、本明細書に記載の方法で回収加水分解液の仕上は処理を行う請求の範囲1 2及び19の方法。[Claims] 1. Using a solvent mixture of acetone and water containing a small amount of acidic compounds, lignin-containing The pulverized cellulose material, which may be Carbohydrates such as sugars from said cellulosic materials by forming reducing sugars within In a method for producing a hydrolysis product of fat In a pressure vessel at elevated temperature, together with the cellulosic material, the solvent mixture and a mixture of acetone and water containing at least 70 volumes of acetone and a catalytic Prepare an acidic compound of +bl until the cellulosic material is at least partially dissolved; At least 90% of the solubilized sugars from the The cellulosic material is restricted in a solvent mixture at elevated temperatures so that the treatment for the specified time, and immediately when the tel liquid is removed from the pressure vessel. A method characterized by cooling it to. 2 Request that the at of acetone in the mixture of acetone and water be 80 to 90% by volume 1. Method for scope 1 of the request. 6. The acidic compound is chonic acid, and the concentration is relative to the weight of the acetone-water mixture. 2. The method according to claim 2, wherein the 4 A method in which the acidic compound is hydrochloric acid and the concentration is acetate. 5. The method of claim 1, wherein the elevated temperature is between 145°C and 260°C. 6) Further hydrolyzing the liquid under theoretically elevated temperature and dilute acid solution 2. The method of claim 1, wherein the method produces an essentially seven-dimensional harpoon. Claim 1: Distilling the Z liquid, thereby vaporizing vents from the liquid. Method. 8 Claim 1.6 or 7, wherein the aqueous solution contains dissolved sugar with a solid content of 15% or more Law. 9. Pressure cellulosic material in at least two stages, the first stage at elevated temperature. After processing in a container and performing each step for a limited time, the cellulosic material The method according to claim 1, for rapidly cooling the. 10. The concentration of acid is changed to 0.1ON and 0.001N by lighting the acetone-water mixture. 4. The method according to claim 6 or 4. 11. Volatile substances contained in the solution are distilled off under reduced pressure, and lignin in the remaining aqueous solution is precipitated. 2. The method of claim 1, further comprising separating the same. 12. Using a solvent mixture of acetone and water containing a small amount of acidic compounds, lignin is treating the ground cellulosic material, which may contain, in a pressure vessel at elevated temperatures; by solubilizing all the lignin and forming reducing sugars in the liquid. Production of hydrolysis products of carbohydrates such as sugars and lignin from cellulosic materials In the method of fa) Solvent mixture with cellulosic material in a pressure vessel at elevated temperature. a mixture of acetone and water containing as a compound an acetone complex of at least 70 volumes; and Prepare a catalytic acidic compound, lbl until the cellulosic material is at least partially dissolved; At least 90% of the sugars solubilized from the This is enough time for less than 50% of the cellulose to dissolve in one step at such a temperature. treatment, thereby partially or substantially removing the carbohydrates contained in the cellulosic material. Completely dissolves and hydrolyzes (Cl: Continuously remove the liquid from the pressure vessel, ldl: 7 cycles of controlled acetone. Liquid by evaporation, i! , upon cooling to form a residual aqueous solution, and (e l A method characterized by recovering all the lignin from the residual aqueous solution. 10. The cellulosic material is lignocellulosic, and the volatile material under reduced pressure is distilled off to obtain a residual aqueous solution and lignin precipitate as a residue, and the sugar is recovered. 13. The method of claim 12, wherein the residual aqueous solution is neutralized prior to washing. 14. The method of claim 12, wherein the concentration of acetone and water is 80-90%. 15 By vaporizing the pentose shield from the residual aqueous solution as an acetone complex 13. The method of claim 12, wherein pentose sugars are separated from hexose sugars. By contacting the 16Wl-acetone complex with aqueous acid at elevated temperature. 16. The method of claim 15, wherein each complex is decomposed. The complex is treated with aqueous acid at elevated temperature until a dehydrated product of 1Z shield is formed. 17. The method of claim 16, which continues processing. 18 Processing cellulosic material in a batch or continuous manner and using the recovered solution According to claim 12, the agent fractions are processed separately or collectively. Method. 19 At the point when essentially pure cellulose is recovered from the reactor as a solid residue, 13. The method of claim 12, wherein hydrolysis of the cellulosic material is conveniently stopped. 20. Claim 1 in which the recovered hydrolyzed liquid is finished by the method described in this specification. Methods 2 and 19.
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