JPS62126999A - 木材の前処理方法 - Google Patents
木材の前処理方法Info
- Publication number
- 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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- pretreatment
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
水分含量に着目した例は全く知られていない。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
。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。
) 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。
(%)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。
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
解率(%)パンバリミキサー
Claims (4)
- (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)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)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)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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26734285A JPS62126999A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 木材の前処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26734285A JPS62126999A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 木材の前処理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62126999A true JPS62126999A (ja) | 1987-06-09 |
Family
ID=17443486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26734285A Pending JPS62126999A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 木材の前処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62126999A (ja) |
Cited By (6)
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JP2010136646A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Oji Paper Co Ltd | 樹皮原料から糖類を製造する方法 |
WO2010134560A1 (ja) | 2009-05-21 | 2010-11-25 | 花王株式会社 | 非晶化セルロースの製造方法 |
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-
1985
- 1985-11-29 JP JP26734285A patent/JPS62126999A/ja active Pending
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