JPS62126999A - 木材の前処理方法 - Google Patents

木材の前処理方法

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JPS62126999A
JPS62126999A JP26734285A JP26734285A JPS62126999A JP S62126999 A JPS62126999 A JP S62126999A JP 26734285 A JP26734285 A JP 26734285A JP 26734285 A JP26734285 A JP 26734285A JP S62126999 A JPS62126999 A JP S62126999A
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JP
Japan
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wood
pretreatment
moisture content
impact
inch
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Pending
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JP26734285A
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English (en)
Inventor
夜久 富美子
田中 龍太郎
永之介 村木
小浜 弘幸
啓 宇都宮
高原 義昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62126999A publication Critical patent/JPS62126999A/ja
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、木材の前処理方法に関し、更に詳細には、本
発明は、特に木材糖化に有用な前処理に係るものであり
、木材糖化の技術分野において重要な役割を有するもの
である。
したがって本発明は、グルコース、キシロース、ガラク
トースといった糖類、又はこれらを含有する糖液の製造
のみでなく、更にエタノール、フルフラールの製造、そ
して更にSCPへの変換等未利用木質資源の有効利用の
技術分野において重用されるものである。
〔従来の技術〕
化石資源の涸渇に伴い、代替資源の利用技術開発が進め
られているが、その中でも再生可能なバイオマスの利用
開発が注目されている。木材は最も多量に存在するバイ
オマス資源であり、その溝成成分の約70%はセルロー
ス、ヘミセルロースからなる多糖であり、約20〜30
%はリグニンである。この木材中に約70%存在する多
糖は分解して、グルコース等を含む糖液とすることがで
きる。木材中のセルロース、ヘミセルひ−ス等多糖の酵
素による分解法は、化学的分解法に較べて緩和な条件で
行うことができ、また複雑な装置を必要としないなどの
利点があるが、セルロースがリグニンに包まれているた
め、そのままでは、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ等の酵
素の作用を受は壁い。従来、木材の酵素分解のための前
処理方法としては、化学的方法、微生物を利用する方法
、物理的ないしは機械的方法が考えられているが、満足
できる方法は未だ開発に成功した例がない。
その中で特に、本発明者の先の出願に係る特願昭53−
82702号(特開昭55−7958号)(以下、「先
願発明」と記す。)が知られており、それは、木材を5
0μ以下に微粉砕することによって細胞組織を破壊して
二次壁を露出させ、木材中のセルロース、ヘミセルロー
スと酵素とを接触し易くすることを特徴としたものであ
り、前処理品の酵素分解率も木材多糖の70〜90%の
ようにすぐれたものである。
しかしながら先願発明に係る前処理品は、酵素分解率は
高いけれども処理時間が長いという致命的な欠陥は避け
られない。
この先願発明方法において、木材チップ、木屑、鋸屑と
いった木材原料は単に風乾した後、これを振動式ボール
ミル等で粉砕しており、例えば木材多糖の70%以上を
分解して2%糖溶液を得るための前処理としては、少な
くとも8時間程度の非常に長い時間粉砕する必要があっ
た。また、例えば同じ木材原料を含有水分2%以下にま
で加熱<4.燥した場合には、上記分解率を得るために
は更に長い粉砕時間を必要とした。
以上のように、従来の前処理技術において、木材原料の
水分含量に着目した例は全く知られていない。
〔発明の目的〕
したがって本発明は、木材多糖の分解率を高めるための
前処理を、簡単なシステムにより極く短時間で完結する
ための方法を開発することを目的とするものである。
〔発明の構成〕
上記目的達成のために本発明者らは、各方面からセルラ
ーゼ、ヘミセルラーゼを含む酵素による木材多糖分解の
ための前処理方法について検討した結果、木材の含有水
分がセルロースミクロフィブリルの破壊に密接な関係を
持ち、含有水分を適当に調節すれば大[11に前処理時
間が短縮できることを見出し、本発明を完1戊するに至
った。
つまり本発明方法は、含有水分を所定値に調節した原料
木材を、衝エル粉砕機で粉砕することを骨子とするもの
であり、このような木材の水分調節と律をエル粉砕機に
よる粉砕との有機的結合は、従来未知の全く新規な技術
である。
すなわち本発明は、木材の含有水分を3〜6%に調節し
た後、振動式ボールミル等の衝エル粉砕機で粉砕処理し
、セルロースミクロフィブリルを破壊することを特徴と
する木材の前処理方法であり、その実施態様として木材
を切屑粉砕して平均粒子11cm以下にしたものを使用
する前記の方法、IN撃エル砕機が処理温度が20〜7
0℃である前記の方法、衝エル粉砕機が振動式ボールミ
ルである市記の方法等が包含される。
本発明を実施するに当り、原料として用いられる木材に
は、針葉樹、広葉樹、北洋材、南洋材などはもとよりこ
れから生成される木屑、のこ屑、廃木材及び樹皮なども
包含される。これらの木材はチッパ−等によって適当な
大きさく好ましくは1cm以下、特に好適には5II1
m以下)に切断して後、振動式ボールミル、リニアモー
タ一式粉砕装置等によって粉砕処理すると、木材細胞の
二次壁が表面に露出して、二次壁に多量に存在するセル
ロース、ヘミセルロースを酵素と接触し易くすることが
できると同時に、粉砕時の衝撃によって、セルロースミ
クロフィブリルの結晶領域を破壊し、セルロースが酵素
と接触し得る有効表面積を更に増加させることによって
木材の酵素分解率を数倍から士数倍に増加させることが
できる。従来のように、木材チップ、木屑、鋸屑等を単
に風乾してその含有水分を7〜10%としたものは、こ
れをいくら振動式ボールミル等で粉砕しても、木材多糖
の70%以上を分解して2%糖溶液を得るための前処理
としては、少なくとも約8時間もの長い粉砕時間を必要
としていた。これとは逆に同じ木材原料を加熱乾燥し、
含有水分を2%以下としだものについては、上記分解号
・二を得るためには、更に長い↓分砕時間を必要とした
。水分含量を調節するには、木材を・陀燥空気中に放置
するか、減圧下に放:11するか、又は60℃程度の熱
風を吹きつけるかすることによって、本発明の含有水分
である3〜6°ノもに調整することが可能である。この
ようにして含有水分を3〜6%に調整した木材は、上記
分子λ′fiを得るための1前処理時間としては数10
分から1時間で十分である。すなわち、本発明は、使用
する木材の水分を3〜6%に調節し、その後衝撃ノ[?
粉砕機で粉砕処理することによって大巾に前処理時間を
減少させるものである。
一般に、木材の粉砕はシェアー力と衝撃力で行うことが
できるが、U素分解の前処理としては衝撃力が不可欠で
ある。
木材をハンバリミキサーといったシェアー力のみが作用
する粉砕機で粉砕し微粒子としても、それは酵素分解率
の上昇につながらない。これに反して、衝撃力が主であ
る粉砕機、すなわち振動式ボールミルとか、リニアモー
タ式粉砕機等で10分から1時間程度、木材にVANを
加え゛C粉砕した時には、その酵素分解率は大巾に増加
する。
本発明者らは、この原因につき鋭意研究を行った結果、
木材中のセルロースミクロフィブリルの破壊の程度が大
きく異なることを見い出した。木材中のセルロースミク
ロフィブリルは、巾が数1OAの糸状物質であり、この
中にはセルロースの結晶領域と非晶領域が存在する。木
材の酵素分解に際し、セルロースの結晶領域の中へは酵
素は進入できないため、表面しか分解されないので、結
晶領域を分解するには、非常に長時間を必要とする。従
って、酵素分解を効率的に行うには結晶領域を破壊し、
酵素とセルロースの接触面積を増加させることが必要で
ある。この結晶領域の破壊には衝撃を与えながら粉砕す
ることが有効であるが、この場合、木材の水分含量によ
って結晶のこわれ方が大きく変化し、水分含量3〜6%
の時に最もよく、結晶が破壊されることを見い出した。
X線回折による分析の結果、同一時間衝撃粉砕した木粉
は、水分含量3〜6%の時には、セルロースミクロフィ
ブリルがたて方向に割れて、単位結晶が小さくなり、セ
ルロースと酵素の接触表面積が増大することを見い出し
た。この理由により、木材の含有水分3〜6%の時に術
部粉砕した木材は、池の水分含有木材に比べ、数倍から
士数倍の酵ぶ分解率の上昇がみられるのである。また水
分3〜6%の木材であっても、シェアー力のみで粉砕し
たものは、セルロースミクロフィブリルの破壊が少なく
、酵素分解率の上昇はわずかであり、あまり効果は」め
られなかった。衝撃形粉砕機は叩く力が強い程よく、振
・13式ボールミルでは振巾を増大させ、3/4インチ
径、ステンレス製のような、lRTxのあるボールを使
用する方が有利である。
また術’a; m ?ri’時には、lOO℃程度の高
温になるとV’+の分解が起こるため好ましくなく、ま
た低温では結晶の破壊が起こりにくいため、温度20℃
〜70℃が適当である。
このように本発明は、木材の水分含量を3〜676に調
節する工程と、これを衝撃形粉砕機で粉砕する工程とを
115−に採用しただけでなく、これらの工程を有機的
に結合した点に重要な特徴を有するものである。
このような前処理を施した木材微粉は、既知の方法によ
って有利に糖化することができる。例えば、トリコデル
マ・ビリデやアスペルギニス・ニガーから生産されるセ
ルラーゼ(商品名 セルラーゼーオノズ力 RIO、セ
ルロジンACとして・市販)を用いて常法により糖化さ
せれば、短時間に高い分解率で糖化液が得られる。
〔発明の効果〕
本発明の効果は、前述で明らかなように、微粉砕処理の
1前処理時間を大巾に減少できることであり、これによ
って、従来の微粉砕前処理時に必要とした電力を大[I
Jに低下させることが可能となることである。すなわち
、従来の微粉砕処理では、木材多糖の70%を分解する
には、数時間から十数時間の粉砕時間を必要としており
、これに要する゛電力は多大であったが、本発明により
数分の1から士数分の1に減じることができるという著
効が得られる。
実施例1 チンパーマシンによって切断粉砕したブナ材チップを6
0℃の乾燥器に入れて20〜30分間乾燥させる。次に
振動ボールミル粉砕機に径1インチのステンレス製ボー
ルを入れ30分間粉砕する。次に378インチのステン
レス製ボールでさらに1〜3時間微粉砕し、木粉試料を
得た。一方乾燥器に入れないチップを同様な方法で処理
した。これらの木粉を0.1M酢酸緩衝液(pl+4.
5)にけん濁させ、市販のセルラーゼを添加して多糖を
40℃で48時間分解させる。基質濃度4%、セルラー
ゼ濃度0.6%とした。
全還元糖の分析はネルソンーソモジー法1)を採用した
。分解率(%)=全還元糖x O,9x 100/木粉
重:i(絶乾換算性1))1)阿武ら、「糖質実験法」
、共立出版社p、13(1968)注1)絶乾換算とは
木粉を105℃で一夜乾燥した値に換算した値。
その結果、次のような結果が得られた。
く公撮7−rチズズ          水分(T/、
)  分解率(%)3/8インチボールで1時間粉砕 
   4.2    39.7378インチボールで2
時間粉砕    4.2     ・19.1378イ
ンチボールで3時間粉砕    3.9    58.
6乾燥↓に法ぎAナチップ 378インチボールで1時間粉砕    7.3   
 33.2378インチボールで2時間粉砕    7
.0    43.1378インチボールで3時間粉砕
    6.7    50.1実施例2 ポール径を3/4インチにがえたほがは実施例1と同様
な処理を行い、次のような分解=イ1を得た。
αブナチップ          水分(%) 分解率
(%)374インチボールで1時間粉砕    5.8
    45.9374インチボールで2時間粉砕  
  5.0     Go、7374インチボールで3
時間粉砕    4.9     G7.0比11☆例
1 実施例1と同様の方法によってブナチップを1゜5℃の
乾燥器に1夜入れて水分をとばし、以下同様の方法で粉
砕して、次のような分解率を得た。
乾燥1カ±スズ          水分(%) 分留
率(%)378インチボールで1時間粉砕    2.
0    30.8378インチボールで2時間粉砕 
   2.0    37.93/8インチボールで2
時間粉砕    2.0    46.1比較例2 パンバリミキサーにてブナチップを粉砕し、実施例1と
同様な方法で分解を測定して次の結果を得た。
1カ天Zノ             水分(%) 分
解率(%)パンバリミキサー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)木材の含有水分を3〜6%の範囲に調節した後、
    衝撃形粉砕機で粉砕処理することによって木材中のセル
    ロースミクロフィブリルを破壊することを特徴とする木
    材の前処理方法。
  2. (2)木材として平均粒径1cm以下とした木粉を使用
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の前
    処理方法。
  3. (3)衝撃形粉砕機の処理温度を20〜70℃とするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の前処理方
    法。
  4. (4)衝撃形粉砕機として振動式ボールミルを使用する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の前処理
    方法。
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