JPS63167794A - セルロ−ス質材酵素加水分解の前処理方法 - Google Patents

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】 （イ）技術分野 この発明はセルロース質材酵素加水分解の前処理方法に
関するものである。

（ロ）技術背景 近年、自然界に豊富に存在するセルロースを分解し、エ
ネルギー、食糧、工業原料の資源となるグルコースを生
産しようという試みが広く行なわれている。

セルロースをグルコースに分解する方法として、酵素加
水分解方法は、穏やかな圧力、温度条件下で反応が進行
し、特異的で二次分解も起こらないという利点から、広
く用いられようとしている。

しかしながら、木材、稲ワラ、小麦ワラ、トウモロコシ
の茎、葉、バガスおよび紙類などに含まれる天然のセル
ロースは、一般に結晶性が高く、またリグニン、天分な
どと混在しているため、酵素加水分解に対して強い抵抗
性を示し、反応速度は遅く、分解率は低いという欠点１
．＜ある。

この欠点を取り除くため、酵素加水分解を行なう前に爆
砕、ボールミルなどによる機械的粉砕、高温加熱粉砕、
γ線照射による破壊などセルロースの非品性を高めたり
、反応表面積を増太さ仕る物理的前処理や、リン酸、硫
酸、塩化亜鉛、カドキセンおよび水酸化ナトリウムなど
の試薬によりセルロースの結晶構造を破壊したり、リグ
ニンを溶解除去するなどの化学的方法が市ｊ処理として
行なわれている。

上記のような前処理方法は、稲ワラ、小麦ワラ、バカス
などの草本類やブナ、ナラなざの広葉樹材には効果があ
り、粉砕時間、温度、圧力、照射量、濃度などを適当に
選択すれば、含有セルロースのほぼ１００％を酵素加水
分解することができる。

しかし、杉、松などの針葉樹材は物理的構造、リグニン
種およびセルロースの重合度、結晶化度の違いなどの理
由により、草本類および広葉樹材に比へて酵素加水分解
に対して強い抵抗性を示し、単なる物理的または化学的
処理を行なっても酵素加水分解率を向上させることは困
難である。

この発明は、上記の観点から、杉、松などの針葉樹材に
対する酵素加水分解率を向上せしめる前処理方法につい
て検討した結果完成された乙のである。

（ハ）発明の開示 即ち、この発明の要旨は、セルロース質材に対し、予め
電子線またはγ線を１０８ｒａｄ以上１０８ｒａｄ以下
照射し、次いでハロケンまｆこはハロゲン化合物によっ
て処理を行なり１このち、該セルロース質材に含まれる
水分の一部まｆこは全量を除去し、さらにアルカリ水溶
液によって脱リグニン処理を行なうことを特徴とするセ
ルロース竹材酵素加水分解の前処理方法にあり、この前
処理によって杉、松などの針葉樹材の酵素加水分解率を
高めることができる。

木材のようなリグニンを含むセルロース質材に対するハ
ロゲン処理は、リグニンの芳香核にハロゲン化が起こり
、アルカリによってリグニンか溶解するようになること
は公知である。

このハロゲン化は室温においても進行し得る。

このようなハロゲン化を十分に行なうことにより、その
ハロゲン化リグニンの一部をアルカリ水溶液によって溶
解除去すれば、酵素加水分解率か飛躍的に増大しうる。

このときの脱リグニン処理には水酸化ナトリウム水溶液
、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液などのアル
カリ水溶液を用いることができる。

しかしながら、高濃度糖液を得るに必要となる酵素加水
分解の際の高基質濃度化のため、および酵素回収に対し
て障害となる糖化終了後の基質残渣への酵素の吸着を除
去するためには、できるだけ基質に含まれる非加水分解
物質、即ち、リグニンや天分を除去しておくことが望ま
しい。

本発明者らは、予めＩＯ’ｒａｄ以上１０’ｒａｄ以下
の電子線またはγ線を杉、松などの針葉樹材に照射し、
ハロゲンまたはハロゲン化合物により処理を行なったの
ち、該針葉樹材に含まれろ水分の一部または全部を除去
し、さらにアルカリ水溶液によって脱リグニン処理を行
なうという前処理によって、高いリグニンの除去率と高
い基質に対する糖化率が得られることを見出したもので
ある。

セルロース質材中のクラーソンリグニン量は、１０’ｒ
ａｄ以上の電子線またはγ線の照射により低下すること
が報告されているが、クラーソンリグニン玉の低減は、
セルロース質材中に含まれるリグニンか電子線またはγ
線の照射により、その反応性が高められることを示して
おり、この発明はこの電子線またはγ線の照射によるり
ゲニンの反応性の向上を利用したものである。電子線ま
たはγ線を照射したセルロース質材をハロゲンまたはハ
ロゲン化合物により処理すると、リグニンと反応するハ
ロゲン以外にセルロース竹材に吸着して残存するハロゲ
ンが存在する。ハロゲンまたはハロゲン化合物による処
理を行なった時点では、セルロース質材に含まれる水分
は１００〜３００％と多量であり、吸着して残存するハ
ロゲンまたはハロゲン化合物の濃度は低く、これ以上の
反応は進行し得す、次に行なわれるアルカリ水溶液によ
る処理によって、吸着して残存するハロゲンまたはハロ
ゲン化合物も中和されてしまう。

しかしながら、ハロゲンまたはハロゲン化合物による処
理ののちにセルロース質材に含まれる水分を除去してや
ると、吸着して残存していたハロゲンまたはハロゲン化
合物の濃度は局部的に異常に高くなり、電子線またはγ
線によって反応性が高められたリグニンとの間でさらに
反応が進行し、その結果、アルカリ水溶液による脱リグ
ニンは増太し、拮質に対する糖化率を飛躍的に増大させ
ることが可能である。

セルロース質材に含まれる水分の除去方法としては、自
然乾燥を行なって乙良いし、減圧、あるいは加熱等によ
り除去してもその効果に変わりはない。

以下この発明の実施例を比較例とと乙に説明する。

比較例 予め２〜３ｃｍのカンナ質とした杉に対し　２４Ｘ　Ｉ
　０７ｒａｄの電子線を照射した後、　１ｍｌＴｌφ丸
孔スクリーンを用いてハンマーミル粉砕したのち、篩に
よって４２〜８０メツツユ分を分粒したものを処理の試
料とした。試料２９を０，５％塩素水２００ｒｔｔＱ中
に入れ、室温にて１０分間撹拌した後、２００メツシユ
のステンレススクリーンによって濾過し、十分に水で洗
浄した。ステンレススクリーン上に残った試料を含水の
まま、１．０規定の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍ４に
３０℃にて１時間浸漬して処理を行ない、再度２００メ
ツシユのステンレススクリーンにてＩヒ過、水洗を行な
った。

得られた試料の重量及び含水率を測定し、この試料から
前処理によって除去された重量の割合、すなわち除去率
を算出した。

以上の前処理を行なっｆ二試料を１００１マイヤーフラ
スコに入れ、絶乾型…で２％となるようｐＩＩ４．９の
０，１Ｍ酢酸緩衝液を加え、セルロース加水分解酵素（
商品名、セルラーゼオノズカＲ−１０）を１％となるよ
う加えて・１５℃に保った往復式培養振盪機中で酵素加
水分解を行ない４８時間後の反応溶液中の生成グルコー
ス量を測定し、対基質酵素加水分解を算定した。

なお、反応液中のグルコース量は、固定化酵素膜を用い
たグルコース測定装置（イエロースプリングインストル
メント社製、ＹＳ　Ｉ　　ｍｏｄｅｌ　２３Ａ）によっ
て測定した。

得られた結果は第１表のとおりである。

実施例 比較例と同様にして、試料を０．５％塩素水により処理
を行なった後、循風乾燥機により＋０５℃にて４０分間
乾燥を行なって３８％の含水率とした乙の、及び減圧乾
燥機により１０５°Ｃにて３時間乾燥を行なって完全に
水分を除去したものを調製し、比較例と同様にして水酸
化ナトリウム水溶液の処理及び酵素加水分解を行なった
。得られた結果を第１表に示した。

□□□□□］ □ □□□□□」 □□■ 上表により、塩素水による処理を行なった後に、セルロ
ース質材に含まれる水分を除去することによって脱リグ
ニンが進行し、その結果対基質酵素加水分解率が増大す
ることは明らかである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め電子線またはγ線を１０＾６ｒａｄ以上１０
   ＾８ｒａｄ以下照射したセルロース質材にハロゲンまた
   はハロゲン化合物による処理を施したのち該セルロース
   質材に含まれる水分の一部または全量を除去し、さらに
   アルカリ水溶液によって脱リグニン処理を行なうことを
   特徴とするセルロース質材酵素加水分解の前処理方法。
2. （２）セルロース質材が杉、松などの針葉樹材であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセルロース
   質材酵素加水分解の前処理方法。