JPWO2011111451A1 - 精製糖水溶液の製造方法および化学品の製造方法 - Google Patents

Abstract

セルロース含有バイオマスから糖を製造する工程で生成する発酵阻害物質を、糖水溶液製造の工程において除去する方法を提供し、また発酵阻害物質量が極めて少ない精製糖水溶液を長期安定的に製造する方法を提供する。セルロース含有バイオマスを原料として精製糖水溶液を製造する方法であって、（１）セルロース含有バイオマスを分解処理し、糖水溶液を製造する工程（２）（１）で得られた糖水溶液を凝集処理する工程（３）（２）で得られた糖水溶液を精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じて濾過して、糖水溶液を透過側から回収する工程（４）（３）で得られた糖水溶液をナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過して、非透過側から精製糖水溶液を回収し、透過側から発酵阻害物質を除去する工程から構成される、精製糖水溶液の製造方法である。

Description

本発明は、セルロース含有バイオマスから精製糖水溶液を製造する方法に関する。

大量消費、大量廃棄の２０世紀は終わり、環境調和型社会の構築が求められる２１世紀にあっては、化石資源の枯渇問題と地球温暖化問題が深刻化するにつれて、循環型資源であるバイオマス資源の活用促進が期待されている。

現在、バイオマス資源の中でも、サトウキビやトウモロコシを原料としたバイオエタノールの製造が、米国やブラジルなどで盛んに行われている。これは、サトウキビやトウモロコシには、ショ糖やデンプンが豊富に含まれており、ここから糖水溶液を調製して発酵することが容易であるためである。しかしながら、サトウキビやトウモロコシは元々食料であり、これらを原料とした場合には食料や飼料との競合を引き起こして原料価格の高騰を招くという重大な問題点があり、セルロース含有バイオマスのような非食用バイオマスから効率的に糖水溶液を製造するプロセス、あるいは得られた糖水溶液を発酵原料として、効率的に工業原料に変換するプロセスの構築が今後の課題となっている。

セルロース含有バイオマスから糖水溶液を製造する方法として、硫酸を使用する糖水溶液の製造方法があり、濃硫酸を使用してセルロースおよびヘミセルロースを酸加水分解して糖水溶液を製造する方法（特許文献１あるいは２）、セルロース含有バイオマスを希硫酸で加水分解処理した後に、さらにセルラーゼなどの酵素処理することより糖水溶液を製造する方法（非特許文献１）が開示されている。

また酸を使用しない方法として、２５０℃〜５００℃程度の亜臨界水を使用してセルロース含有バイオマスを加水分解して糖水溶液を製造する方法（特許文献３）、またセルロース含有バイオマスを亜臨界水処理したあとに、さらに酵素処理することにより糖水溶液を製造する方法（特許文献４）、またセルロース含有バイオマスを２４０℃〜２８０℃の加圧熱水で加水分解処理した後に、さらに酵素処理することにより糖水溶液を製造する方法（特許文献５）が開示されている。

しかしながら、セルロース含有バイオマスの加水分解において、セルロースあるいはヘミセルロース成分などの分解と同時に、生成したグルコース、キシロースとした糖の分解物反応も進み、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）などのフラン化合物、あるいはギ酸、酢酸、レブリン酸など有機酸といった副産物も生成するという課題があった。また、セルロース含有バイオマスは、芳香族ポリマーであるリグニン成分を含むため、酸処理工程において、リグニン成分が分解され、低分子量のフェノール類などの芳香族化合物を同時に副産物として生成する。これらの化合物は、微生物を利用した発酵工程で阻害的に作用し、微生物の増殖阻害を引き起こし、発酵産物の収率を低下させるため、発酵阻害物質と呼ばれ、セルロース含有バイオマス糖水溶液を発酵原料として利用する際に大きな課題であった。

このような発酵阻害物質を糖水溶液製造過程で除去する方法として、オーバーライミングといった方法（非特許文献２）が開示されている。この方法では、酸処理後のセルロースあるいは糖化液に対し、石灰を添加し中和する工程において、６０℃付近まで加温しながら一定時間保持することで、フルフラール、ＨＭＦといった発酵阻害物質を石膏成分とともに除去する方法である。しかしながら、オーバーライミングでは、ギ酸、酢酸、レブリン酸といった有機酸の除去効果が少ないといった課題があった。

また発酵阻害物質を除去する別の方法として、セルロース含有バイオマスからの糖水溶液に水蒸気を吹き込むことで、発酵阻害物質を蒸発除去する方法（特許文献６）が開示されている。しかしながらこうした蒸発除去する方法では、発酵阻害物質の沸点に依存しており、特に沸点の低い有機酸などの発酵阻害物質の除去効率は低く、十分な除去効率を得るためには、多大のエネルギーを投入しなければならないといった課題があった。

また、発酵阻害物質をイオン交換で除去する方法（特許文献７）もあるが、コスト的に課題があった。また木質系炭化物、すなわち活性炭などを使用して吸着除去する方法（特許文献８）もあるが、除去対象が疎水性化合物に限定されるという課題があった。

特表平１１−５０６９３４号公報 特開２００５−２２９８２１号公報 特開２００３−２１２８８８号公報 特開２００１−９５５９７号公報 特許第３０４１３８０号公報 特開２００４−１８７６５０号公報 特表２００１−５１１４１８号公報 特開２００５−２７００５６号公報

A. Aden et al., "Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover"NREL Technical Report (2002) M. Alfred et al., "Effect of pH, time and temperature of overliming on detoxification of dilute-acid hydrolyzates for fermentation by Saccaromyces cerevisiase"Process Biochemistry, 38,515-522 (2002)

したがって、本発明では、上述したような課題、すなわちセルロース含有バイオマスから糖を製造する工程で生成する発酵阻害物質を、糖水溶液製造の工程において除去する方法を提供し、また発酵阻害物質量が極めて少ない精製糖水溶液を長期安定的に製造する方法を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を鋭意検討した結果、セルロース含有バイオマスから糖を製造する工程において、まず糖水溶液を凝集処理し、次に精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じ、最後にナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じれば、長期安定的に発酵原料となる糖と発酵阻害物質とを分離除去して糖水溶液を製造することが可能であることを見出した。すなわち、本発明は以下の［１］〜［１３］のいずれかの構成を有する。

［１］セルロース含有バイオマスを原料として精製糖水溶液を製造する方法であって、
（１）セルロース含有バイオマスを分解処理し、糖水溶液を製造する工程
（２）（１）で得られた糖水溶液を凝集処理する工程
（３）（２）で得られた糖水溶液を精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じて濾過して、糖水溶液を透過側から回収する工程
（４）（３）で得られた糖水溶液をナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過して、非透過側から精製糖水溶液を回収し、透過側から発酵阻害物質を除去する工程
から構成される、精製糖水溶液の製造方法。

［２］前記工程（２）の凝集処理にカチオン性高分子凝集剤を使用する、［１］に記載の精製糖水溶液の製造方法。

［３］前記工程（２）の凝集処理に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを併用する、［１］に記載の精製糖水溶液の製造方法。

［４］前記工程（２）の凝集処理を複数回実施する、［１］から［３］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。

［５］前記発酵阻害物質が有機酸、フラン系化合物およびフェノール系化合物からなる群から選択される１種以上を含む、［１］から［４］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。

［６］前記有機酸がギ酸または酢酸である、［５］に記載の精製糖水溶液の製造方法。

［７］前記フラン系化合物がヒドロキシメチルフルフラールまたはフルフラールである、［５］に記載の精製糖水溶液の製造方法。

［８］前記フェノール系化合物がバニリン、アセトバニリンまたはシリンガ酸である、［５］に記載の精製糖水溶液の製造方法。

［９］前記工程（２）の糖水溶液が単糖を主成分とする糖水溶液である、［１］から［８］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。

［１０］前記工程（４）が、糖水溶液をナノ濾過膜に通じて濾過し、得られた濾過液を逆浸透膜に通じて濾過する工程である、［１］から［９］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。

［１１］前記工程（４）のナノ濾過膜および／または逆浸透膜の機能層がポリアミドからなることを特徴とする、［１］から［１０］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。

［１２］前記工程（４）のナノ濾過膜の機能層が架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式１で示される構成成分を含有することを特徴とする、［１］から［１１］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。

（式中、Ｒは−Ｈまたは−ＣＨ_３、ｎは０から３までの整数を表す。）
［１３］［１］から［１２］のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法によって得られた精製糖水溶液を発酵原料として使用する、化学品の製造方法。

本発明によって、セルロース含有バイオマスに由来する糖水溶液から、発酵阻害物質であるフルフラール、ＨＭＦなどのフラン化合物、酢酸、ギ酸、レブリン酸などの有機酸、バニリンなどのフェノール系化合物を除去できるため、長期安定的にグルコース、キシロースなどの糖を高純度・高収率で製造することができる。その結果、本発明で得られた精製糖水溶液を発酵原料として使用することで、種々の化学品の発酵生産の効率を向上させることができる。

ナノ濾過膜／逆浸透膜のろ過装置の概略を示す概略図である。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明の精製糖水溶液の製造方法に用いられるセルロース含有バイオマスとは、バガス、スイッチグラス、コーンストーバー、稲わら、麦わら、などの草本系バイオマス、また樹木、廃建材などの木質系バイオマスなどを例として挙げることができる。これらセルロース含有バイオマスは、糖が脱水縮合した多糖であるセルロースあるいはヘミセルロースを含有しており、こうした多糖を分解処理することにより発酵原料として利用可能な糖水溶液を製造することが可能である。なお、本発明に用いられるセルロース含有バイオマスは、本発明の目的を逸脱しない範囲で、他の成分を含有していても良く、例えばショ糖やデンプンといった可食バイオマスを含有していても構わない。例えば、サトウキビの絞りかすであるバガスを、セルロース含有バイオマスとして使用する場合に、ショ糖を含有するサトウキビの絞り汁も同時に使用しても構わない。

本発明における精製糖水溶液とは、セルロース含有バイオマスの分解処理によって得られる糖水溶液のことを指す。セルロース含有バイオマスの分解処理には、加水分解が簡便で安価であるため好適に用いられる。一般的に糖とは、単糖の重合度によって分類され、グルコース、キシロースなどの単糖類、そして単糖が２〜９個脱水縮合したオリゴ糖類、さらには単糖が１０個以上脱水縮合した多糖類に分類される。本発明における精製糖水溶液とは、主成分として単糖を含む糖水溶液を指し、具体的には、グルコースあるいはキシロースを主成分として含む。また、少量ではあるが、セロビオースなどのオリゴ糖、およびアラビノース、マンノースなどの単糖も含んでいる。ここで主成分が単糖であるとは、水に溶解している単糖、オリゴ糖、多糖の糖類の中の総重量の８０重量％以上が単糖であることを指す。水に溶解した単糖、オリゴ糖、多糖の具体的な分析方法としては、ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィ）により、標品との比較により定量することができる。具体的なＨＰＬＣ条件は、反応液はなしで、カラムにLuna NH₂（Phenomenex社製）を用いて、移動相が超純水：アセトニトリル＝２５：７５とし、流速を０．６ｍＬ／ｍｉｎ、測定時間が４５ｍｉｎ、検出方法がＲＩ（示差屈折率）、温度が３０℃である。

次に、本発明の精製糖水溶液の製造方法における工程（１）セルロース含有バイオマスを分解処理する工程に関して説明する。

セルロース含有バイオマスを分解処理に供するに際しては、セルロース含有バイオマスをそのまま使用してもよいが、蒸煮、微粉砕、爆砕などの公知の処理を施すことが可能であり、こうした処理によって分解処理の効率を向上させることが可能である。

セルロース含有バイオマスの分解処理工程については特に制限はないが、具体的には処理法Ａ：酸のみを用いる方法、処理法Ｂ：酸処理後、酵素を利用する方法、処理法Ｃ：水熱処理のみを用いる方法、処理法Ｄ：水熱処理後、酵素を利用する方法、処理法Ｅ：アルカリ処理後、酵素を利用する方法、処理法Ｆ：アンモニア処理後、酵素を利用する方法の６つが主に挙げられる。

処理法Ａでは、セルロース含有バイオマスの分解処理に酸を使用して、加水分解する。使用する酸に関して硫酸、硝酸、塩酸などが挙げられるが、硫酸を使用することが好ましい。

酸の濃度に関しては特に限定されないが、０．１〜９９重量％の酸を使用することができる。酸の濃度が０．１〜１５重量％、好ましくは、０．５〜５重量％である場合、反応温度は１００〜３００℃、好ましくは１２０〜２５０℃の範囲で設定され、反応時間は１秒〜６０分の範囲で設定される。処理回数は特に限定されず上記処理を１以上行えばよい。特に上記処理を２以上行う場合、１回目と２回目以降の処理を異なる条件で実施してもよい。

また、酸の濃度が１５〜９５重量％、好ましくは６０〜９０重量％である場合、反応温度は１０〜１００℃の範囲で設定され、反応時間は１秒〜６０分の範囲で設定される。

前記酸処理の回数は特に限定されず上記処理を１回以上行えばよい。特に前記処理を２以上行う場合、１回目と２回目以降の処理を異なる条件で実施してもよい。

酸処理によって得られた加水分解物は、硫酸などの酸を含むため発酵原料として使用するためには中和を行う必要がある。中和は、加水分解物より固形分を固液分離により除去した酸水溶液に対し行ってもよいし、固形分を含んだままの状態で行ってもよい。中和に使用するアルカリ試薬は特に限定されないが、好ましくは１価のアルカリ試薬である。工程（４）の最中に酸・アルカリ成分がともに２価以上の塩であると、ナノ濾過膜では透過されず、また液が濃縮される過程で液中に塩が析出し膜のファウリング要因となることがある。

１価のアルカリを使用する場合、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられるが特に限定はされない。

２価以上のアルカリ試薬を用いる場合は工程（４）中に塩の析出が起こらないよう酸、アルカリ量を減らすか、または工程（４）中に析出物を除外する機構が必要となる。２価以上のアルカリを使用する場合、コストの面から水酸化カルシウムであることが好ましい。水酸化カルシウムを使用した場合、中和によって石膏成分が生成することから、固液分離により石膏を除去することが好ましい。

酸を使用する加水分解では一般的に結晶性の低いヘミセルロース成分より加水分解が起き、次いで結晶性の高いセルロース成分が分解されるという特徴を有する。したがって、酸を使用してヘミセルロース由来のキシロースを多く含有する液を得ることが可能である。また酸処理においては、さらに前記処理後のバイオマス固形分を、前記処理よりも高圧、高温での反応を行うことでさらに結晶性の高いセルロース成分を分解しセルロース由来のグルコースを多く含有する液を得ることが可能である。加水分解を行う２段階の工程を設定することで、ヘミセルロース、セルロースに適した加水分解条件が設定でき、分解効率、および糖収率を向上させることが可能になる。また、第１の分解条件で得られる糖水溶液と第２の分解条件で得られる糖水溶液を分離しておくことで、加水分解物に含まれる単糖成分比率が異なる２種の糖水溶液を製造することが可能になる。すなわち、第１の分解条件で得られる糖水溶液はキシロースを主成分とし、第２の分解条件で得られる糖水溶液はグルコースを主成分として分離することも可能である。このように糖水溶液に含まれる単糖成分を分離することにより、糖水溶液中のキシロースを発酵原料として使用する発酵と、グルコースを発酵原料として使用する発酵に分けて行うことも可能になり、それぞれの発酵に使用する最適な微生物種を選定し使用することが可能になる。但し酸での高圧高温処理を長時間行うことでヘミセルロース成分・セルロース成分を分離することなく一度に両成分由来の糖を得ても良い。

処理法Ｂでは、処理法Ａで得られた処理液をさらに酵素によりセルロース含有バイオマスを加水分解する。処理法Ｂにおける使用する酸の濃度は０．１〜１５重量％であることが好ましく、より好ましくは、０．５〜５重量％である。反応温度は１００〜３００℃の範囲で設定することができ、好ましくは１２０〜２５０℃で設定することができる。反応時間は１秒〜６０分の範囲で設定することができる。処理回数は特に限定されず前記処理を１回以上行えばよい。特に上記処理を２回以上行う場合、１回目と２回目以降の処理を異なる条件で実施してもよい。

酸処理によって得られた加水分解物は、硫酸などの酸を含んでおり、さらに酵素による加水分解反応を行うため、あるいは発酵原料として使用するために、中和を行う必要がある。中和は、処理法Ａでの中和と同様に実施することができる。

前記酵素としては、セルロース分解活性を有する酵素であればよく、一般的なセルラーゼを使用することが可能であるが、好ましくは、結晶性セルロースの分解活性を有するエキソ型セルラーゼ、あるいはエンド型セルラーゼを含んでなるセルラーゼであることが好ましい。こうしたセルラーゼとして、トリコデルマ属細菌が産生するセルラーゼが好適である。トリコデルマ属細菌とは糸状菌に分類される微生物であり、細胞外に、多種のセルラーゼを大量に分泌する微生物である。本発明で使用するセルラーゼは、好ましくは、トリコデルマ・リーセイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）由来のセルラーゼである。また、加水分解に使用する酵素として、グルコースの生成効率を向上させるために、セロビオース分解酵素であるβグルコシダーゼを添加してもよく、上述のセルラーゼと併せて加水分解に使用してもよい。βグルコシダーゼとしては、特に限定されないがアスペルギルス由来のものであることが好ましい。こうした酵素を使用した加水分解反応は、ｐＨが３〜７の付近で行うことが好ましく、より好ましくはｐＨ５付近である。反応温度は、４０〜７０℃であることが好ましい。また酵素による加水分解終了時に固液分離を行い、未分解の固形分を除去することが好ましい。

酸処理後、酵素を利用してセルロース含有バイオマスを加水分解する場合、第１の加水分解において酸処理により結晶性の低いヘミセルロースの加水分解を行い、次いで第２の加水分解として酵素を使用することで結晶性の高いセルロースの加水分解を行うことが好ましい。第２の加水分解において酵素を使用することで、より効率よくセルロース含有バイオマスの加水分解を進めることができる。具体的には、酸による第１の加水分解において、主としてセルロース含有バイオマスに含まれるヘミセルロース成分の加水分解とリグニンの部分分解が起き、その加水分解物を酸溶液とセルロースを含む固形分に分離し、セルロースを含む固形分成分に対しては、酵素を添加することによって加水分解を行う。分離・回収された希硫酸溶液にはペントースであるキシロースを主成分として含んでいるため、酸溶液を中和して糖水溶液を単離することができる。また、セルロースを含む固形分の加水分解反応物からグルコースを主成分とする単糖成分を得ることができる。なお、中和によって得られた糖水溶液を、固形分に混合し、ここに酵素を添加して加水分解を行ってもよい。

処理法Ｃでは特段の酸の添加は行わず、セルロース含有バイオマスが、０．１〜５０重量％となるよう水を添加後、１００〜４００℃の温度で、１秒〜６０分処理する。こうした温度条件において処理することにより、セルロースおよびへミセルロースの加水分解が起こる。処理回数は特に限定されず該処理を１回以上行えばよい。特に該処理を２回以上行う場合、１回目と２回目以降の処理を異なる条件で実施してもよい。

水熱処理を使用する分解処理では、一般的に結晶性の低いヘミセルロース成分より加水分解が起き、次いで結晶性の高いセルロース成分が分解されるという特徴を有する。したがって、水熱処理を使用してヘミセルロース由来のキシロースを多く含有する液を得ることが可能である。また水熱処理においては、さらに前記処理後のバイオマス固形分を前記処理よりも高圧、高温での反応を行うことでさらに結晶性の高いセルロース成分を分解しセルロース由来のグルコースを多く含有する液を得ることが可能である。分解処理を行う２段階の工程を設定することで、ヘミセルロース、セルロースに適した分解処理条件が設定でき、分解効率、および糖収率を向上させることが可能になる。また、第１の分解条件で得られる糖水溶液、と第２の分解条件で得られる糖水溶液を分離しておくことで、分解処理された物に含まれる単糖成分比率が異なる２種の糖水溶液を製造することが可能になる。すなわち、第１の分解条件で得られる糖水溶液はキシロースを主成分とし、第２の分解条件で得られる糖水溶液はグルコースを主成分として分離することも可能である。このように糖水溶液に含まれる単糖成分を分離することにより、糖水溶液中のキシロースを発酵原料として使用する発酵と、グルコースを発酵原料として使用する発酵に分けて行うことも可能になり、それぞれの発酵に使用する最適な微生物種を選定し使用することが可能になる。

処理法Ｄでは、処理法Ｃで得られた処理液をさらに酵素によりセルロース含有バイオマスを加水分解する。

前記酵素は、処理法Ｂと同様の酵素が用いられる。また、酵素処理条件についても処理法Ｂと同様の条件が採用されうる。

水熱処理後、酵素を使用してセルロース含有バイオマスを加水分解する場合、第１の分解処理において水熱処理により結晶性の低いヘミセルロースの加水分解を行い、次いで第２の分解処理として酵素を使用することで結晶性の高いセルロースの加水分解を行う。第２の分解処理において酵素を使用することで、より効率よくセルロース含有バイオマスの分解処理工程を進めることができる。具体的には、水熱処理による第１の分解処理において、主としてセルロース含有バイオマスに含まれるヘミセルロース成分の加水分解とリグニンの部分分解が起き、その加水分解物を水溶液とセルロースを含む固形分に分離し、セルロースを含む固形分に対しては、酵素を添加することによって加水分解を行う。分離・回収された水溶液にはペントースであるキシロースを主成分として含んでいる。また、セルロースを含む固形分の加水分解反応物からグルコースを主成分とする単糖成分を得ることができる。なお、水熱処理によって得られる水溶液を、固形分に混合し、ここに酵素を添加して加水分解を行ってもよい。

処理法Ｅでは、使用するアルカリは水酸化ナトリウムまたは水酸化カルシウムがより好ましい。これらアルカリの濃度は、０．１〜６０重量％の範囲でセルロース含有バイオマスに添加し、１００〜２００℃、好ましく、１１０℃〜１８０℃の温度範囲で処理すればよい。処理回数は特に限定されず上記処理を１以上行えばよい。特に上記処理を２以上行う場合、１回目と２回目以降の処理を異なる条件で実施してもよい。

アルカリ処理によって得られた処理物は、水酸化ナトリウムなどのアルカリを含むため、さらに酵素による加水分解反応を行うために、中和を行う必要がある。中和は、加水分解物より固形分を固液分離により除去したアルカリ水溶液に対し行ってもよいし、固形分を含んだままの状態で行ってもよい。中和に使用する酸試薬は特に限定されないが、より好ましくは１価の酸試薬である。工程（４）の最中に酸・アルカリ成分がともに２価以上の塩であると、ナノ濾過膜では透過されず、また液が濃縮される過程で液中に塩が析出し膜のファウリング要因となるからである。

１価の酸を使用する場合、硝酸、塩酸等が挙げられるが特に限定はされない。

２価以上の酸試薬を用いる場合は、工程（４）中に塩の析出が起こらないように酸、アルカリ量を減らすか、または工程（４）中に析出物を除外する機構が必要となる。２価以上の酸を使用する場合、硫酸、リン酸であることが好ましい。水酸化カルシウムを使用した場合、中和によって石膏成分が生成することから、固液分離により石膏を除去することが好ましい。

前記酵素は、処理法Ｂと同様の酵素が用いられる。また、酵素処理条件についても処理法Ｂと同様の条件が採用されうる。

アルカリ処理後、酵素を利用してセルロース含有バイオマスを加水分解する場合、アルカリを含んだ水溶液に混合して加熱することでヘミセルロースおよびセルロース成分周辺のリグニン成分を除去し、ヘミセルロース成分およびセルロース成分を反応しやすい状態にした後、酵素によってアルカリ処理中の分解されなかった分の結晶性の低いヘミセルロース、結晶性の高いセルロースの加水分解を行う。具体的には、アルカリによる処理において、主としてセルロース含有バイオマスに含まれる一部のヘミセルロース成分の加水分解とリグニンの部分分解が起き、その加水分解物をアルカリ溶液とセルロースを含む固形分に分離し、セルロースを含む固形分成分に対しては、ｐＨを調製して酵素を添加することによって加水分解を行う。また、アルカリ溶液濃度が希薄な場合は、固形分を分離することなく、そのまま中和後酵素添加して加水分解してもよい。セルロースを含む固形分の加水分解反応物からはグルコース、キシロースを主成分とする単糖成分を得ることができる。また、分離・回収されたアルカリ溶液にはリグニン以外にペントースであるキシロースを主成分として含んでいるため、アルカリ溶液を中和して糖水溶液を単離することも可能である。また、中和によって得られた糖水溶液を、固形分に混合し、ここに酵素を添加して加水分解を行ってもよい。

処理法Ｆのアンモニア処理条件については特開２００８−１６１１２５および特開２００８−５３５６６４に準拠する。例えば、使用するアンモニア濃度はセルロース含有バイオマスに対して０．１〜１５重量％の範囲でセルロース含有バイオマスに添加し、４℃〜２００℃、好ましくは９０℃〜１５０℃で処理する。添加するアンモニアは液体状態、あるいは気体状態のどちらであってもよい。さらに添加する形態は純アンモニアでもアンモニア水溶液の形態でもよい。処理回数は特に限定されず前記処理を１回以上行えばよい。特に前記処理を２回以上行う場合、１回目と２回目以降の処理を異なる条件で実施してもよい。

アンモニア処理によって得られた処理物は、さらに酵素による加水分解反応を行うため、アンモニアの中和あるいはアンモニアの除去を行う必要がある。中和は、加水分解物より固形分を固液分離により除去したアンモニアに対し行ってもよいし、固形分を含んだままの状態で行ってもよい。中和に使用する酸試薬は特に限定されない。例えば塩酸、硝酸、硫酸などがあげられるが、プロセス配管の腐食性および発酵阻害因子とならない事を考慮して硫酸がより好ましい。アンモニアの除去は、アンモニア処理物を減圧状態に保つことでアンモニアを気体状態に揮発させて除去することができる。また除去したアンモニアは、回収再利用してもよい。

アンモニア処理後に酵素を使用する加水分解では、一般的にアンモニア処理によりセルロースの結晶構造が変化し、酵素反応を受けやすい結晶構造に変化することが知られている。したがって、こうしたアンモニア処理後の固形分に対し、酵素を作用させることで、効率的に加水分解を行うことができる。前記酵素は、処理法Ｂと同様の酵素が用いられる。また、酵素処理条件についても処理法Ｂと同様の条件が採用されうる。

またアンモニア水溶液を用いる場合は、アンモニア処理時にアンモニア以外に水成分が処理法Ｃ（水熱処理）と同様の効果も得ることがあり、ヘミセルロースの加水分解やリグニンの分解が起こることもある。アンモニア水溶液で処理後、酵素を利用してセルロース含有バイオマスを加水分解する場合、アンモニアを含んだ水溶液に混合して加熱することでヘミセルロースおよびセルロース成分周辺のリグニン成分を除去し、ヘミセルロース成分およびセルロース成分を反応しやすい状態にした後、酵素によってアンモニア処理中の水熱により分解されなかった分の結晶性の低いヘミセルロース、結晶性の高いセルロースの加水分解を行う。具体的には、アンモニア水溶液による処理において、主としてセルロース含有バイオマスに含まれる一部のヘミセルロース成分の加水分解とリグニンの部分分解が起き、その加水分解物をアンモニア水溶液とセルロースを含む固形分に分離し、セルロースを含む固形分成分に対しては、ｐＨを調製して酵素を添加することによって加水分解を行う。また、アンモニア濃度が１００％に近い濃い濃度の場合は、アンモニアを脱気により多くを除外後、固形分を分離することなく、そのまま中和後酵素添加して加水分解してもよい。セルロースを含む固形分の加水分解反応物からはグルコース、キシロースを主成分とする単糖成分を得ることができる。また、分離・回収されたアンモニア水溶液にはリグニン以外にペントースであるキシロースを主成分として含んでいるため、アルカリ溶液を中和して糖水溶液を単離することも可能である。また、中和によって得られた糖水溶液を、固形分に混合し、ここに酵素を添加して加水分解を行ってもよい。

工程（１）で得られる糖水溶液には、糖だけでなくコロイド成分、濁質成分及び微粒子などが含まれる。このようなコロイド成分、濁質成分及び微粒子の構成成分としては、リグニン、タンニン、シリカ、カルシウム、未分解のセルロース、などが例示できるが、特にこれらに限定されるものではない。また、微粒子の粒径も特に限定されるものではない。また、コロイド成分、濁質成分及び微粒子に加えて水溶性高分子成分も含まれる。糖水溶液に含まれる水溶性高分子としては、オリゴ糖、多糖、タンニン、あるいは酵素を利用した糖水溶液の場合、酵素が多く含まれる。

本願発明者らは、後述するように、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜を用いて、前記工程（１）で得られる糖水溶液中の発酵阻害物質を透過させつつ、溶解している糖を非透過側に阻止または濾別することによって糖水溶液中から発酵阻害物質を除去または低減させることができることを見出した。

しかし、糖水溶液中に含まれる水溶性高分子やコロイド成分が、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜を連続運転する際に、膜ファウリングの要因となり、長期安定的な濾過運転を妨げることが分かった。そして、こうした水溶性高分子やコロイド成分による膜ファウリングを防止するためには、水溶性高分子やコロイド成分を除去可能な精密濾過膜および／または限外濾過膜に糖水溶液を通じた後、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜に供給すれば良いことを見出した。

加えて、糖水溶液中に含まれる濁質成分や微粒子、場合によってはコロイド成分が、精密濾過膜および／または限外濾過膜を連続運転する際に、膜ファウリングの要因となり、長期安定的な濾過運転を妨げることが分かった。そして、こうした濁質成分や微粒子、場合によってはコロイド成分による膜ファウリングを防止するためには、濁質成分、微粒子やコロイド成分を凝集剤などで凝集処理した後、精密濾過膜および／または限外濾過膜に供給すれば良いことを見出した。

すなわち、（１）セルロース含有バイオマスを分解処理し、糖水溶液を製造する工程、（２）（１）で得られた糖水溶液を凝集処理する工程、（３）（２）で得られた糖水溶液を精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じて濾過して、糖水溶液を透過側から回収する工程、（４）（３）で得られた糖水溶液をナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過して、非透過側から精製糖水溶液を回収し、透過側から発酵阻害物質を除去する工程から構成される、本発明の精製糖水溶液の製造方法を見出したのである。

本発明の精製糖水溶液の製造方法における工程（２）である、工程（１）で得られた糖水溶液を凝集処理する工程に関して説明する。

上述したように、糖水溶液中に含まれる濁質成分や微粒子、場合によってはコロイド成分が膜ファウリングの要因となるため、精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じる前に除去または低減する必要がある。数リットル以下程度の少量の糖水溶液を取り扱う場合は、重力加速度数万Ｇでの運転が可能な超遠心分離機でこれらを除去または低減可能であるため、実験室レベルでは問題点として顕在化していなかった。しかし、超遠心分離機の容量は小さく、数十リットル以上の大量の糖水溶液を一度に取り扱うことはできない。このため、本発明の目的である精製糖水溶液の長期安定的な製造のためには、濁質成分や微粒子、場合によってはコロイド成分を除去または低減する別の方法が必要であった。

本願発明者らは、凝集剤を用いて濁質成分、微粒子やコロイド成分を凝集沈澱させる凝集処理を行うことにより、大量の糖水溶液であっても濁質成分、微粒子やコロイド成分を除去または低減可能であることを見出した。なお、本発明における凝集処理とは、糖水溶液中に含まれる濁質成分、微粒子やコロイド成分を除去または低減させることをいう。

凝集剤による糖水溶液中に含まれる濁質成分、微粒子やコロイド成分の凝集沈澱現象は、不明な点が多いが以下のように推定される。糖水溶液中に含まれる濁質成分、微粒子やコロイド成分は、その表面に通常負の電荷を帯びており、この負電荷によって各粒子が反発し合って接触できず、糖水溶液中に安定に分散する傾向を示す。ここに、これらの粒子と逆の荷電を持つ凝集剤を添加すると、粒子表面の荷電が中和されて、粒子間の反発力が失われ、粒子がブラウン運動や水流による輸送によって相互に接近して大集塊・凝集し、ついに沈降すると考えている。

本発明における凝集剤は、糖水溶液中に含まれる濁質成分、微粒子やコロイド成分を凝集沈澱させることが可能であれば特に限定されないが、例えば、無機凝集剤として、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、アンモニウムミョウバン、カリミョウバンなどのアルミニウム塩、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄などの鉄塩、ポリシリカ鉄などが挙げられる。また、有機高分子凝集剤としては、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、両性荷電高分子凝集剤があり、具体的には、アクリルアミド系アニオン性ポリマー、アクリルアミド系ノニオン性ポリマー、アクリルアミド系カチオン性ポリマー、アクリルアミド系両性ポリマー、アクリル系カチオン性ポリマー、アクリルアミドーアクリル酸共重合体、アクリルアミドーアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸共重合体、ポリアルキルアミノメタクリレート塩、ポリアミジン塩酸塩、第四級アンモニウム塩ポリマー、キトサンなどが挙げられる。糖水溶液中に含まれる濁質成分、微粒子やコロイド成分は、粒子が細かく、負電荷を帯びやすいため、特にカチオン性高分子凝集剤が好適に使用され、とりわけ第四級アンモニウム塩ポリマーが好適に使用される。そして、前記無機凝集剤と前記有機高分子凝集剤を併用することもでき、この併用によって良好な凝集処理を行うことができる場合もある。

凝集処理時に添加する凝集剤の濃度は、糖水溶液中に含まれる濁質成分、微粒子やコロイド成分を除去できるのであれば特に限定されないが、多すぎると処理コストが高くなり、少なすぎると、後述する急速撹拌、緩速撹拌後の静置時間が長くなり、処理コストが高くなる恐れがある。このため、凝集剤の濃度は、１００〜５０００ｐｐｍが好ましく、さらには５００〜３０００ｐｐｍが好ましい。

凝集処理には、凝集剤の他にｐＨ調整剤やフロック形成助剤といった凝集助剤を添加しても良い。ｐＨ調整剤としては、硫酸、塩酸、硝酸といった無機酸や、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、消石灰、生石灰、アンモニアといった無機アルカリが挙げられる。また、フロック形成助剤としては、活性ケイ酸やその他の負電荷の微コロイドが挙げられる。

前記凝集剤および／または前記凝集助剤の添加後、急速撹拌を実施することによって濁質成分、微粒子やコロイド成分の粒子表面の荷電が中和されて小さな集塊が形成する。急速撹拌後、緩速撹拌を実施することによって、これら小さな集塊を互いに衝突合一させて、沈降可能な程度に大きく成長させることができるため好ましい。そして、緩速撹拌後、静置することによって、濁質成分、微粒子やコロイド成分を沈澱として除去し、上澄みを糖水溶液として分離・使用することも好ましい。この際、急速撹拌や緩速撹拌の撹拌強度、撹拌時間および静置時間は、前記工程（１）により得られる糖水溶液の水質によって最適条件が異なるため、コストと処理水質とのバランスを勘案して実験的に求めれば良い。

また、濁質成分、微粒子やコロイド成分を効率的に除去するために、凝集処理を複数回実施する多段処理を行っても良く、それぞれの凝集処理条件は特に限定されず同条件でも異条件でも構わない。

そして、凝集剤の選択、凝集助剤の添加の可否、撹拌条件などの凝集処理条件は、コストと処理水質とのバランスを勘案し、さらには糖水溶液利用に関する全工程のコストを考慮しながら実験的に決定すれば良い。

本発明の精製糖水溶液の製造方法における工程（３）である、工程（２）で得られた糖水溶液を精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じて濾過して、糖水溶液を透過側から回収する工程に関して説明する。

上述したように、糖水溶液中の水溶性高分子やコロイド成分によるナノ濾過膜および／または逆浸透膜の膜ファウリングを防止するために、精密濾過膜および／または限外濾過膜に糖水溶液を通じて、水溶性高分子やコロイド成分を除去する。

本発明に使用する精密濾過膜とは、平均細孔径が０．０１μｍ〜５ｍｍである膜のことであり、マイクロフィルトレーション、ＭＦ膜などと略称されるものである。また、本発明に使用する限外濾過膜とは、分画分子量が１０００〜２０００００となる膜のことであり、ウルトラフィルトレーション、ＵＦ膜などと略称されるものである。ここで、限外濾過膜は、孔径が小さすぎて膜表面の細孔径を電子顕微鏡等で計測することが困難であり、平均細孔径の代わりに分画分子量という値を孔径の大きさの指標とすることになっている。分画分子量とは、日本膜学会編 膜学実験シリーズ 第III巻 人工膜編 編集委員／木村尚史・中尾真一・大矢晴彦・仲川勤 （１９９３ 共立出版） ｐ．９２に、『溶質の分子量を横軸に、阻止率を縦軸にとってデータをプロットしたものを分画分子量曲線とよんでいる。そして阻止率が９０％となる分子量を膜の分画分子量とよんでいる。』とあるように、限外濾過膜の膜性能を表す指標として当業者には周知のものである。

これら精密濾過膜または限外濾過膜の材質としては、上述した水溶性高分子やコロイド成分の除去という本発明の目的を達成できるものであれば、特に限定されるものではないが、セルロース、セルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ四フッ化エチレン等の有機材料、あるいはステンレス等の金属、あるいはセラミック等の無機材料が挙げられる。精密濾過膜または限外濾過膜の材質は、加水分解物の性状、あるいはランニングコストを鑑みて適宜選択すればよいが、取扱の容易性から考えて有機材料であることが好ましく、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンであることが好ましい。

また、工程（２）で得られる糖水溶液を特に限外濾過膜で濾過することによって、非透過側から糖化に使用した酵素を回収することができる。この酵素を回収する工程について説明する。分解処理に使用する酵素は、分子量が１００００〜１０００００の範囲にあり、これらを阻止することができる分画分子量を有する限外濾過膜を使用することで、酵素を非透過側画分より回収することができる。好ましくは、分画分子量１００００〜３００００の範囲の限外ろ過膜を使用することで分解処理に使用する酵素を効率的に回収することができる。使用する限外濾過膜の形態は特に限定されるものではなく、平膜、中空糸膜いずれであってもよい。回収された酵素は、工程（１）の分解処理に再利用することで、酵素使用量を削減することができる。こうした糖水溶液の限外濾過膜による濾過を行う際には、その前に糖水溶液を予め精密濾過膜に通じて処理し、水溶性高分子やコロイド成分を除去しておくことが好ましい。

濾過操作としては、水溶性高分子やコロイド成分を効率的に除去するために、精密濾過膜あるいは限外濾過膜を２回以上使用する多段的な濾過でもよく、またその際使用する膜の素材および性状に関しても特に限定されるものではない。

例えば、精密濾過膜で濾過を行い、その濾液をさらに限外濾過膜で濾過する方法では、精密濾過膜では除くことが出来ない数十ｎｍ以下のコロイド成分や、リグニン由来の水溶性の高分子成分（タンニン）や、分解処理で分解したが単糖までにはならずオリゴ糖から多糖レベルで分解が途中である糖類、そして糖を分解処理する際に用いた酵素などを除くことが可能となる。通常凝集して数十ｎｍサイズで存在している数ｎｍサイズ以下の極微粒子・クラスターはナノ濾過膜や逆浸透膜を閉塞させる可能性がある。同様にタンニン、オリゴ糖、多糖、酵素はナノ濾過膜や逆浸透膜上にゲル化して堆積し、膜を閉塞する因子になる。以上から精密濾過膜に加えて限外濾過膜を用いることで、工程（４）での膜ファウリングを抑制して膜のメンテナンスコストを大幅に低下することが可能になる効果がある。さらに分解処理時に酵素を利用する工程の場合は、限外濾過膜で酵素を回収することが可能であり、限外濾過膜で阻止された酵素を工程（１）の分解処理工程に戻して再利用することが可能となる利点も有する。

本発明の精製糖水溶液の製造方法における工程（４）である、工程（３）で得られた糖水溶液をナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過して、非透過側から精製糖水溶液を回収し、透過側から発酵阻害物質を除去する工程に関して説明する。

本発明でいう発酵阻害とは、発酵阻害物質を含むセルロース含有バイオマスを原料とする糖水溶液を発酵原料として使用して化学品を製造する際に、試薬単糖を発酵原料として使用する場合と比較すると、化学品の生産量、蓄積量、あるいは生産速度が低下する現象のことをいう。こうした発酵阻害の程度は、糖化液中に存在する発酵阻害物質の種類、およびこれらの量により微生物の受ける阻害の程度も異なり、また使用する微生物種、あるいはその生産物である化学品の種類によってもその阻害の程度は異なっているため、本発明においては特段限定されるものではない。

前記セルロース含有バイオマスの分解処理方法によって得られる糖水溶液には、処理方法あるいはセルロース含有バイオマス原料の種類により量あるいは成分に差があるものの、いずれも発酵阻害物質を含んでおり、該糖水溶液を工程（４）の処理方法により、発酵阻害物質を除去することができる。発酵阻害物質とは、セルロース含有バイオマスの分解処理で生成する化合物であり、かつ本発明の製造方法によって得られる精製糖水溶液を原料とする発酵工程において前述の通り阻害的に作用する物質のことを指し、特にセルロース含有バイオマスの酸処理の工程で生成される、有機酸、フラン系化合物、フェノール系化合物に大きく分類される。

有機酸としては、酢酸、ギ酸、レブリン酸などが具体例として挙げられる。フラン系化合物としては、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）などが挙げられる。こうした有機酸あるいはフラン系化合物は、単糖であるグルコースあるいはキシロースの分解による産物である。

また、フェノール系化合物としては、バニリン、アセトバニリン、バニリン酸、シリンガ酸、没食子酸、コニフェリルアルデヒド、ジヒドロコニフェニルアルコール、ハイドロキノン、カテコール、アセトグアイコン、ホモバニリン酸、４−ヒドロキシ安息香酸、４−ヒドロキシ−３−メトキシフェニル誘導体（Ｈｉｂｂｅｒｔ‘ｓ ｋｅｔｏｎｅｓ）などが具体例として挙げられ、これらの化合物はリグニンまたはリグニン前駆体に由来する。

その他、セルロース含有バイオマスとして廃建材あるいは合板などを使用する際は、製材工程で使用された接着剤、塗料などの成分が発酵阻害物質として含まれる場合がある。接着剤としては、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ユリアメラミン共重合樹脂などが挙げられる。こうした接着剤に由来する発酵阻害物質として、酢酸、ギ酸、ホルムアルデヒドなどが挙げられる。

前記工程（１）により得られる糖水溶液には、発酵阻害物質として前記物質のうち少なくとも１種が含まれており、実際には複数種含まれている。なお、これらの発酵阻害物質は、薄相クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、など一般的な分析手法により検出および定量することが可能である。

本発明で使用するナノ濾過膜とは、ナノフィルター（ナノフィルトレーション膜、ＮＦ膜）とも呼ばれるものであり、「一価のイオンは透過し、二価のイオンを阻止する膜」と一般に定義される膜である。数ナノメートル程度の微小空隙を有していると考えられる膜で、主として、水中の微小粒子や分子、イオン、塩類等を阻止するために用いられる。

本発明で使用する逆浸透膜とはＲＯ膜とも呼ばれるものであり、「１価のイオンを含めて脱塩機能を有する膜」と一般的に定義される膜であり、数オングストロームから数ナノメートル程度の超微小空隙を有していると考えられる膜で、主として海水淡水化や超純水製造などイオン成分除去に用いられる。

また、本発明における「ナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過する」とは、セルロース含有バイオマスの分解処理により得られた糖水溶液および／またはその由来物を、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過し、溶解している糖、特にグルコースやキシロースといった単糖の糖水溶液を非透過側に阻止または濾別し、発酵阻害物質を透過液、あるいは濾液として透過させることを意味する。

本発明で使用するナノ濾過膜および／または逆浸透膜の性能を評価する方法として、糖水溶液に含まれる対象化合物（発酵阻害物質、あるいは単糖など）の透過率（％）を算出することで評価できる。透過率（％）の算出方法を式１に示す。

透過率（％）＝（透過側の対象化合物濃度／非透過液の対象化合物濃度）×１００・・・（式１）
式１における対象化合物濃度は、高い精度と再現性を持って測定可能な分析手法であれば限定されないが、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなどが好ましく使用できる。本発明で使用するナノ濾過膜および／または逆浸透膜は、対象化合物が単糖である場合、その透過率が低い方が好ましく、その一方で対象化合物が発酵阻害物質である場合、その透過率が高いものが好ましい。

また、ナノ濾過膜および逆浸透膜の透過性能としては、０．３ＭＰａの圧力で５００ｍｇ／Ｌ塩化ナトリウム水溶液を供給して濾過させた時に、膜単位面積当たりの透過流量が０．５ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙ以上の膜が好ましく用いられる。膜単位面積当たりの透過流量（膜透過流束またはフラックス）の評価方法としては、透過液量および透過液量を採水した時間および膜面積を測定することで、式２によって算出することができる。

膜透過流束（ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙ）＝透過液量／膜面積／採水時間・・・（式２）
一般的に、ナノ濾過膜は逆浸透膜に比べて孔径が大きい部類に峻別されるため、工程（４）においてナノ濾過膜を用いた場合は発酵阻害物質を透過させ除外する物質重量が逆浸透膜に比べて大きい反面、目的産物である単糖についても透過側に損失する重量も逆浸透膜に比べて大きくなると考えられる。特に糖濃度が高い場合には本傾向が強く現れる。一方、工程（４）において逆浸透膜を用いた場合は、孔径が小さいことからナノ濾過膜に比べて分子量の大きい阻害物を除去できる重量が減少してしまうと考えられる。従って、上記で示してきた処理により得られた糖水溶液の発酵阻害物の重量の大小、および主要な発酵阻害物の分子量に応じて、ナノ濾過膜および逆浸透膜の中から適切な膜を選択して利用することが好ましい。選択する膜の種類は１種に限らず糖水溶液の組成に応じてナノ濾過膜および逆浸透膜の中から組み合わせて多種類の膜を利用して濾過しても良い。

なお、ナノ濾過膜で精製糖水溶液を得る場合、ナノ濾過膜の濃縮側に捕捉されていた単糖の精製が進んで濃度が高まるにつれて、単糖が濾液側に損失する傾向が急激に高くなることが見出された。一方、逆浸透膜で精製する場合、濃縮側の単糖濃度が高まっても単糖の損失傾向は殆どゼロに近いまま一定であったものの、発酵阻害物質除去の観点からはナノ濾過膜の方が逆浸透膜よりも性能が優れていた。そこで、逆浸透膜に比べて発酵阻害物質をより多く除去できるナノ濾過膜で濾液への糖損失が大きいと判断する濃度まで精製工程を行い、さらにナノ濾過膜よりは発酵阻害物質の除去効率が少し劣るが単糖を損失無く濃縮することが可能な逆浸透膜で精製工程を続けて行うことで、単糖の濾液側への損失を抑制しながら発酵阻害物質も多く除去できることが可能であることが見出された。したがって、本発明においてナノ濾過膜と逆浸透膜を組み合わせて精製糖水溶液を得る場合、その組み合わせには特に限定はないが、工程（３）で得られる糖水溶液をまずナノ濾過膜で濾過し、得られる濾過液をさらに逆浸透膜で濾過することが好ましい。

本発明で使用されるナノ濾過膜の素材には、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができるが、前記１種類の素材で構成される膜に限定されず、複数の素材を含む膜であってもよい。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。複合膜としては、例えば、特開昭６２−２０１６０６号公報に記載の、ポリスルホンを膜素材とする支持膜にポリアミドの機能層からなるナノフィルターを構成させた複合膜を用いることができる。

これらの中でも高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテンシャルを有する、ポリアミドを機能層とした複合膜が好ましい。操作圧力に対する耐久性と、高い透水性、阻止性能を維持できるためには、ポリアミドを機能層とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持体で保持する構造のものが適している。また、ポリアミド半透膜としては、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応により得られる架橋ポリアミドの機能層を支持体に有してなる複合半透膜が適している。

ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜において、ポリアミドを構成する単量体の好ましいカルボン酸成分としては、例えば、トリメシン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメット酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルカルボン酸、ピリジンカルボン酸などの芳香族カルボン酸が挙げられるが、製膜溶媒に対する溶解性を考慮すると、トリメシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、およびこれらの混合物がより好ましい。

前記ポリアミドを構成する単量体の好ましいアミン成分としては、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ベンジジン、メチレンビスジアニリン、４，４’−ジアミノビフェニルエーテル、ジアニシジン、３，３’，４−トリアミノビフェニルエーテル、３，３’，４，４’−テトラアミノビフェニルエーテル、３，３’−ジオキシベンジジン、１，８−ナフタレンジアミン、ｍ（ｐ）−モノメチルフェニレンジアミン、３，３’−モノメチルアミノ−４，４’−ジアミノビフェニルエーテル、４，Ｎ，Ｎ’−（４−アミノベンゾイル）−ｐ（ｍ）−フェニレンジアミン−２，２’−ビス（４−アミノフェニルベンゾイミダゾール）、２，２’−ビス（４−アミノフェニルベンゾオキサゾール）、２，２’−ビス（４−アミノフェニルベンゾチアゾール）等の芳香環を有する一級ジアミン、ピペラジン、ピペリジンまたはこれらの誘導体等の二級ジアミンが挙げられ、中でもピペラジンまたはピペリジンを単量体として含む架橋ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜は耐圧性、耐久性の他に、耐熱性、耐薬品性を有していることから好ましく用いられる。より好ましくは前記架橋ピペラジンポリアミドまたは架橋ピペリジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式（１）で示される構成成分を含有するポリアミドであり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式（１）で示される構成成分を含有するポリアミドである。また、前記化学式（１）中、ｎ＝３のものが好ましく用いられる。架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式（１）で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とするナノ濾過膜としては、例えば、特開昭６２−２０１６０６号公報に記載のものが挙げられ、具体例として、架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式（１）中、ｎ＝３のものを構成成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製の架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜のＵＴＣ６０が挙げられる。

ナノ濾過膜は一般にスパイラル型の膜エレメントとして使用されるが、本発明で用いるナノ濾過膜も、スパイラル型の膜エレメントとして好ましく使用される。好ましいナノ濾過膜エレメントの具体例としては、例えば、酢酸セルロース系のナノ濾過膜であるＧＥ Ｏｓｍｏｎｉｃｓ社製ナノ濾過膜のＧＥｓｅｐａ、ポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノ濾過膜のＮＦ９９またはＮＦ９９ＨＦ、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノ濾過膜のＮＦ−４５、ＮＦ−９０、ＮＦ−２００、ＮＦ−２７０またはＮＦ−４００、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製ナノ濾過膜モジュールＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、ＳＵ−６００またはＳＵ−６１０が挙げられ、より好ましくはポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノ濾過膜のＮＦ９９またはＮＦ９９ＨＦ、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノ濾過膜のＮＦ−４５、ＮＦ−９０、ＮＦ−２００またはＮＦ−４００、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製ナノ濾過膜モジュールＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、ＳＵ−６００またはＳＵ−６１０であり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製ナノ濾過膜モジュールＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、ＳＵ−６００またはＳＵ−６１０である。

工程（４）におけるナノ濾過膜による濾過は、工程（３）で得られた糖水溶液を、圧力０．１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の範囲でナノ濾過膜に供給することが好ましい。圧力が０．１ＭＰａより低ければ膜透過速度が低下し、８ＭＰａより高ければ膜の損傷に影響を与えるおそれがある。また、圧力が０．５ＭＰａ以上６ＭＰａ以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、糖溶液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、１ＭＰａ以上４ＭＰａ以下で用いることが特に好ましい。

本発明で使用される逆浸透膜の素材としては、酢酸セルロール系のポリマーを機能層とした複合膜（以下、酢酸セルロース系の逆浸透膜ともいう）またはポリアミドを機能層とした複合膜（以下、ポリアミド系の逆浸透膜ともいう）が挙げられる。ここで、酢酸セルロース系のポリマーとしては、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロースの有機酸エステルの単独もしくはこれらの混合物並びに混合エステルを用いたものが挙げられる。ポリアミドとしては、脂肪族および／または芳香族のジアミンをモノマーとする線状ポリマーまたは架橋ポリマーが挙げられる。

本発明で使用される逆浸透膜の具体例としては、例えば、東レ株式会社製ポリアミド系逆浸透膜モジュールである低圧タイプのＳＵ−７１０、ＳＵ−７２０、ＳＵ−７２０Ｆ、ＳＵ−７１０Ｌ、ＳＵ−７２０Ｌ、ＳＵ−７２０ＬＦ、ＳＵ−７２０Ｒ、ＳＵ−７１０Ｐ、ＳＵ−７２０Ｐ、ＴＭＧ１０、ＴＭＧ２０−３７０、ＴＭＧ２０−４００の他、高圧タイプのＳＵ−８１０、ＳＵ−８２０、ＳＵ−８２０Ｌ、ＳＵ−８２０ＦＡ、同社酢酸セルロース系逆浸透膜ＳＣ−Ｌ１００Ｒ、ＳＣ−Ｌ２００Ｒ、ＳＣ−１１００、ＳＣ−１２００、ＳＣ−２１００、ＳＣ−２２００、ＳＣ−３１００、ＳＣ−３２００、ＳＣ−８１００、ＳＣ−８２００、日東電工（株）製ＮＴＲ−７５９ＨＲ、ＮＴＲ−７２９ＨＦ、ＮＴＲ−７０ＳＷＣ、ＥＳ１０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｕ、ＥＳ１５−Ｄ、ＥＳ１５−Ｕ、ＬＦ１０−Ｄ、アルファラバル製ＲＯ９８ｐＨｔ、ＲＯ９９、ＨＲ９８ＰＰ、ＣＥ４０４０Ｃ−３０Ｄ、ＧＥ製ＧＥ Ｓｅｐａ、Ｆｉｌｍｔｅｃ製ＢＷ３０−４０４０、ＴＷ３０−４０４０、ＸＬＥ−４０４０、ＬＰ−４０４０、ＬＥ−４０４０、ＳＷ３０−４０４０、ＳＷ３０ＨＲＬＥ−４０４０などが挙げられる。

本発明においては、ポリアミド系の材質を有する逆浸透膜が好ましく使用される。酢酸セルロース系の膜は、長時間使用時に前工程で使用する酵素、特にセルラーゼ成分の一部が透過して膜素材であるセルロースを分解する恐れがあるためである。

膜形態としては、平膜型、スパイラル型、中空糸型など適宜の形態のものが使用できる。

ポリアミドを機能層とする逆浸透膜において、ポリアミドを構成する単量体の好ましいカルボン酸成分やアミン成分は、上述したポリアミドを機能層とするナノ濾過膜と同様である。

工程（４）における逆浸透膜による濾過は、工程（３）で得られた糖水溶液を、圧力１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の範囲で逆浸透膜に供給することが好ましい。圧力が１ＭＰａより低ければ膜透過速度が低下し、８ＭＰａより高ければ膜の損傷に影響を与えるおそれがある。また、濾過圧が２ＭＰａ以上７ＭＰａ以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、糖溶液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、３ＭＰａ以上６ＭＰａ以下で用いることが特に好ましい。

工程（４）において、発酵阻害物質はナノ濾過膜および／または逆浸透膜を透過することにより糖水溶液から除去される。前記発酵阻害物質の中でも、ＨＭＦ、フルフラール、酢酸、ギ酸、レブリン酸、バニリン、アセトバニリンまたはシリンガ酸が好ましく透過・除去されうる。一方、糖水溶液に含まれる糖分は、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜の非透過側に阻止または濾別される。糖分としては、グルコース、キシロースといった単糖が主成分であるが、２糖、オリゴ糖など工程（１）の分解処理の工程において、単糖まで完全に分解されなかった糖成分も含まれてなる。

工程（４）においてナノ濾過膜および／または逆浸透膜の非透過側から得られる精製糖水溶液は、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じる前の糖水溶液に対して、特に発酵阻害物含量が初期含量に対して低減している。該精製糖水溶液に含まれる糖成分は、セルロース含有バイオマスに由来する糖であり、本質的には、工程（１）の分解処理で得られる糖成分と大きな変化はない。すなわち、本発明における精製糖水溶液に含まれる単糖としてはグルコースおよび／またはキシロースが主成分として構成される。グルコースとキシロースの比率は、工程（１）の分解処理の工程により変動するものであり本発明で限定されるものではない。すなわち、ヘミセルロースを主として分解処理を行った場合は、キシロースが主要な単糖成分となり、ヘミセルロース分解後、セルロース成分のみを分離して分解処理を行った場合は、グルコースが主要な単糖成分となる。また、ヘミセルロースの分解、およびセルロースの分解を、特段の分離を行わない場合は、グルコース、およびキシロースが主要な単糖成分として含まれる。

なお、前記工程（４）で得られる精製糖水溶液を、一旦エバポレーターに代表される濃縮装置を用いて濃縮してもよく、また、精製糖水溶液を、さらに、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜で濾過して濃度を高めてもよいが、濃縮のためのエネルギー削減という観点から、ナノ濾過膜および／または逆浸透膜で濾過して精製糖水溶液濃度をさらに高める工程が好ましく採用できる。この濃縮工程で使用する膜とは被処理水の浸透圧以上の圧力差を駆動力にイオンや低分子量分子を除去する濾過膜であり、例えば酢酸セルロースなどのセルロース系や、多官能アミン化合物と多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させて微多孔性支持膜上にポリアミド分離機能層を設けた膜などが採用できる。ナノ濾過膜および／または逆浸透膜表面の汚れすなわちファウリングを抑制するために、酸ハライド基と反応する反応性基を少なくとも１個有する化合物の水溶液をポリアミド分離機能層の表面に被覆して、分離機能層表面に残存する酸ハロゲン基と該反応性基との間で共有結合を形成させた主に下水処理用の低ファウリング膜なども好ましく採用できる。本発明で使用するナノ濾過膜および／または逆浸透膜としては、少なくとも、工程（４）で使用するナノ濾過膜および／または逆浸透膜に対して、グルコースあるいはキシロースといった単糖の阻止率がより高いものがより好ましく採用できる。

濃縮に使用するナノ濾過膜および逆浸透膜の具体例は前記のナノ濾過膜および逆浸透膜に準ずる。

次に、本発明の精製糖水溶液の製造方法で得られた精製糖水溶液を発酵原料として使用し、化学品を製造する方法を示す。

本発明で得られた精製糖水溶液を発酵原料として使用することにより、化学品を製造することが可能である。本発明で得られる精製糖水溶液は、微生物あるいは培養細胞の生育のための炭素源であるグルコースおよび／またはキシロースを主成分として含んでおり、一方でフラン化合物、有機酸、芳香族化合物などの発酵阻害物質の含量が極めて少ないために、発酵原料、特に炭素源として有効に使用することが可能である。

本発明の化学品の製造方法で使用される微生物あるいは培養細胞は、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、大腸菌、コリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞、昆虫細胞などが挙げられる。使用する微生物や細胞は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。特に、セルロース含有バイオマスに由来する糖水溶液には、キシロースといったペントースを含むため、ペントースの代謝経路を強化した微生物が好ましく使用できる。

培地としては、精製糖水溶液の他に、窒素源、無機塩類、さらに必要に応じてアミノ酸、ビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する液体培地が好ましく使用される。本発明における精製糖水溶液には、炭素源として、グルコース、キシロースなど微生物が利用可能な単糖を含んでいるが、場合によっては、さらに炭素源として、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、グリセリンなどを追加して、発酵原料として使用してもよい。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。

微生物が生育のために特定の栄養素を必要とする場合には、その栄養物を標品もしくはそれを含有する天然物として添加すればよい。また、消泡剤を必要に応じて使用してもよい。

微生物の培養は、通常、ｐＨ４−８、温度２０−４０℃の範囲で行われる。培養液のｐＨは、無機あるいは有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウム、アンモニアガスなどによって、通常、ｐＨ４−８範囲内のあらかじめ定められた値に調節する。酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を２１％以上に保つ、あるいは培養を加圧する、攪拌速度を上げる、通気量を上げるなどの手段を用いることができる。

本発明の精製糖水溶液の製造方法で得られた精製糖水溶液を発酵原料として使用する化学品の製造方法としては、当業者に公知の発酵培養方法が採用されうるが、生産性の観点から、国際公開第２００７／０９７２６０号パンフレットに開示される連続培養方法が好ましく採用される。

製造される化学品としては、上記微生物や細胞が培養液中に生産する物質であれば制限はない。製造される化学品の具体例としては、アルコール、有機酸、アミノ酸、核酸など発酵工業において大量生産されている物質を挙げることができる。例えば、アルコールとしては、エタノール、１，３−プロパンジオール、１,４−ブタンジオール、グリセロールなど、有機酸としては、酢酸、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸、クエン酸、核酸であれば、イノシン、グアノシンなどのヌクレオシド、イノシン酸、グアニル酸などのヌクレオチド、またカダベリンなどのジアミン化合物を挙げることができる。また、本発明の精製糖水溶液の製造方法で得られた精製糖水溶液は、酵素、抗生物質、組換えタンパク質のような物質の生産に適用することも可能である。

以下、本発明の精製糖水溶液の製造方法に関し、さらに詳細に説明するために実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明は、これらの実施例に限定されない。

（参考例１）単糖濃度の分析方法
得られた糖水溶液に含まれる単糖（グルコース及びキシロース）濃度は、下記に示すＨＰＬＣ条件で、標品との比較により定量した。

カラム：Luna NH₂（Phenomenex社製）
移動相：超純水：アセトニトリル＝２５：７５（流速０．６ｍＬ／ｍｉｎ）
反応液：なし
検出方法：RI（示差屈折率）
温度：３０℃。

（参考例２）発酵阻害物質濃度の分析方法
糖水溶液に含まれるフラン系発酵阻害物質（ＨＭＦ、フルフラール）、およびフェノール系発酵阻害物質（バニリン、アセトバニリン）は下記に示すＨＰＬＣ条件で、標品との比較により定量した。

カラム：Synergi HidroRP ４．６ｍｍ×２５０ｍｍ（Phenomenex製）
移動相：アセトニトリル−０．１％Ｈ_３ＰＯ_４（流速１．０ｍＬ／ｍｉｎ）
検出方法：ＵＶ（２８３ｎｍ）
温度：４０℃。

糖水溶液に含まれる有機酸系発酵阻害物質（酢酸、ギ酸）は下記に示すＨＰＬＣ条件で、標品との比較により定量した。

カラム：Shim-Pack SPR-HとShim−Pack SCR１０１H（株式会社島津製作所製）の直列
移動相：５ｍＭ ｐ−トルエンスルホン酸（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
反応液：５ｍＭ ｐ−トルエンスルホン酸、２０ｍＭ ビストリス、０．１ｍＭ EDTA・２Na（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
検出方法：電気伝導度
温度：４５℃。

（参考例３）濁度の測定方法
糖水溶液の濁度は、ＨＡＣＨ社製室内用高度濁度計（２１００Ｎ）を用いて定量した。なお、この濁度計は、１０００ＮＴＵ以下の濁度でなければ測定できないため、必要に応じて糖水溶液を蒸留水で希釈し、測定を行った。

（参考例４）セルロース含有バイオマスの希硫酸処理・酵素処理による分解処理工程
工程（１）のセルロース含有バイオマスを分解処理する工程に関し、０．１〜１５重量％の希硫酸および酵素を使用するセルロース含有バイオマスの加水分解方法について例を挙げて説明する。

セルロース含有バイオマスとして、稲藁を使用した。前記セルロース含有バイオマスを硫酸１％水溶液に浸し、１５０℃で３０分オートクレーブ処理（日東高圧製）した。処理後、固液分離を行い、硫酸水溶液（以下、希硫酸処理液）と硫酸処理セルロースに分離した。次に硫酸処理セルロースと固形分濃度が１０重量％となるように希硫酸処理液と攪拌混合した後、水酸化ナトリウムによって、ｐＨを５付近に調整した。この混合液に、セルラーゼとしてトリコデルマセルラーゼ（シグマ・アルドリッチ・ジャパン）およびノボザイム１８８（アスペルギルスニガー由来βグルコシダーゼ製剤、シグマ・アルドリッチ・ジャパン）を添加し、５０℃で３日間攪拌混同しながら、加水分解反応を行って、糖水溶液を得た。糖水溶液の濁度は９，０００ＮＴＵであった。

なお、得られた糖水溶液中の単糖及び発酵阻害物質濃度を分析するために、３０００Ｇで遠心分離して固液分離を行った。その結果、糖水溶液に含まれる単糖および発酵阻害物質の組成はそれぞれ表１の通りであった。

（参考例５）セルロース含有バイオマスの水熱処理・酵素処理による分解処理工程
工程（１）のセルロース含有バイオマスを分解処理する工程に関し、水熱処理および酵素を使用するセルロース含有バイオマスの加水分解方法について例を挙げて説明する。

セルロース含有バイオマスとして、稲藁を使用した。前記セルロース含有バイオマスを水に浸し、撹拌しながら１８０℃で２０分間オートクレーブ処理（日東高圧製）した。その際の圧力は１０ＭＰａであった。処理後は処理バイオマス成分と溶液成分とを固液分離し、固形分の処理バイオマス成分を得た。

次に処理バイオマス成分の含水率を測定後、絶乾処理バイオマス換算で固形分濃度が１５重量％となるようにＲＯ水を添加し、さらにセルラーゼとしてトリコデルマセルラーゼ（シグマ・アルドリッチ・ジャパン）およびノボザイム１８８（アスペルギルスニガー由来βグルコシダーゼ製剤、シグマ・アルドリッチ・ジャパン）を添加し、５０℃で３日間攪拌混同しながら、加水分解反応を行って糖水溶液を得た。糖水溶液の濁度は１０，０００ＮＴＵであった。

なお、得られた糖水溶液中の単糖及び発酵阻害物質濃度を分析するために、３０００Ｇで遠心分離して固液分離を行った。その結果、糖水溶液に含まれる単糖および発酵阻害物質の組成は表１の通りであった。

（参考例６）標準フラックスの測定および標準フラックス低下率の測定
精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜および逆浸透膜は、膜の孔径が異なり、標準的な膜濾過条件がそれぞれ異なるため、以下の条件でそれぞれの膜の単位時間、単位膜面積当たりの透過液量を測定し、標準フラックスを求めた。

精密濾過膜および限外濾過膜は、１０ｋＰａの圧力で、温度２５℃の蒸留水を供給して全濾過させ、単位時間、単位膜面積当たりの透過液量を測定し、式３で算出した。

ナノ濾過膜は、０．３５ＭＰａの圧力で、温度２５℃、ｐＨ６．５に調整した５００ｐｐｍ塩化ナトリウム水溶液を供給してクロスフロー濾過させ、単位時間、単位膜面積当たりの透過液量を測定し、式３で算出した。なお、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにした。

逆浸透膜は、０．７６ＭＰａの圧力で、温度２５℃、ｐＨ６．５に調整した５００ｐｐｍ塩化ナトリウム水溶液を供給してクロスフロー濾過させ、単位時間、単位膜面積当たりの透過液量を測定し、式３で算出した。なお、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにした。

標準フラックス＝透過液量／膜面積／採水時間・・・・・・・・・・・・・・（式３）
精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜および逆浸透膜は、糖水溶液を濾過すると、糖水溶液中の水溶性高分子成分、コロイド成分、濁質成分および／または微粒子によって膜ファウリングが起こり、標準フラックスが低下する。この標準フラックスの低下は、濾過量が多くなるほど顕著になる。

そこで、糖水溶液を１Ｌ濾過した後の標準フラックスと、糖水溶液を２Ｌ濾過した後の標準フラックスを比較することにより、膜ファウリングの進行の程度を見積もることができる。具体的には、式４で標準フラックス低下率として算出することができる。そして、式４で得られる標準フラックス低下率が小さい膜ほど、長期間安定して濾過を継続できることを意味する。

標準フラックス低下率（％）＝（１−２Ｌ濾過後の標準フラックス／１Ｌ濾過後の標準フラックス）×１００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式４）
（参考例７）凝集剤の選定
本実施例、比較例では、以下の３種類の凝集剤（凝集剤Ａ及び凝集剤Ｂ）を使用した。
凝集剤Ａ：カチオン性高分子凝集剤である第四級アンモニウム塩ポリマー“センカフロックＤＥ−３０（センカ株式会社製）”
凝集剤Ｂ：ポリ塩化アルミニウム（多木化学株式会社製）
（実施例１）
以下の４つの工程を経て精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は２０００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、２００ｋＰａの圧力で、温度２５℃で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、透過側から１０Ｌの糖水溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度精密濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、精密濾過膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイ（登録商標）ＴＭＲ１４０”に使用されている公称孔径０．０８μｍのポリフッ化ビニリデン製平膜を切り出して使用した。この精密濾過膜の標準フラックス低下率は３５（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できることが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、３ＭＰａの圧力で、温度２５℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．５Ｌの精製糖水溶液を得た。この操作は、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、ナノ濾過膜で４倍濃縮したことになる。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度ナノ濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、ナノ濾過膜としては、東レ株式会社製ナノ濾過膜“ＵＴＣ６０”を使用した。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は５（％）と小さく、長期安定的に精製糖水溶液を製造できることが分かった。

得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表２の通りであり、単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

（実施例２）
以下の４つの工程を経て精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例４に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度９０００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は１８００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、実施例１と同様の方法で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。この精密濾過膜の標準フラックス低下率は３１（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できることが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、実施例１と同様の方法でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．５Ｌの精製糖水溶液を得た。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は５（％）と小さく、長期安定的に精製糖水溶液を製造できることが分かった。

得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表２の通りであり、単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

（実施例３）
以下の４つの工程を経て精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は２０００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、２００ｋＰａの圧力で、温度２５℃で限外濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、透過側から１０Ｌの糖水溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に限外濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度限外濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に限外濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、限外濾過膜としては、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製限外濾過膜“ＤａｉｒｙＵＦ１０ｋ”に使用されている分画分子量１００００Ｄａのポリエーテルスルホン製平膜を切り出して使用した。この限外濾過膜の標準フラックス低下率は３６（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できることが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、実施例１と同様の方法でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．５Ｌの精製糖水溶液を得た。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は４（％）と小さく、長期安定的に精製糖水溶液を製造できることが分かった。

得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表２の通りであり、単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

（実施例４）
以下の４つの工程を経て精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は２０００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、実施例４と同様の方法で限外濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。この限外濾過膜の標準フラックス低下率は３６（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できることが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、３ＭＰａの圧力で、温度２５℃で逆浸透膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．５Ｌの精製糖水溶液を得た。この操作は、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、逆浸透膜で４倍濃縮したことになる。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に逆浸透膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度逆浸透膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に逆浸透膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、逆浸透膜としては、東レ株式会社製ポリアミド系逆浸透膜モジュール “ＴＭＧ１０”に使用されているポリアミド系逆浸透膜を切り出して使用した。この逆浸透膜の標準フラックス低下率は７（％）と小さく、長期安定的に精製糖水溶液を製造できることが分かった。

得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表２の通りであり、単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

（実施例５）
以下の４つの工程を経て精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ｂを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、３時間静置した後、上澄み１６Ｌを回収した。得られた上澄み１６Ｌに、再度凝集剤Ｂを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１４Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は１８００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、実施例１と同様の方法で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。この精密濾過膜の標準フラックス低下率は３０（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できることが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液９Ｌを、実施例１と同様の方法でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．２５Ｌの精製糖水溶液を得た。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は３（％）と小さく、長期安定的に精製糖水溶液を製造できることが分かった。

得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表２の通りであり、単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

（実施例６）
以下の４つの工程を経て精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍ、凝集剤Ｂを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は１８００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、実施例１と同様の方法で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。この精密濾過膜の標準フラックス低下率は３１（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できることが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、実施例１と同様の方法でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．５Ｌの精製糖水溶液を得た。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は２（％）と小さく、長期安定的に精製糖水溶液を製造できることが分かった。

得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表２の通りであり、単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

（比較例１）
工程（２）を実施しなかった以外は実施例１と同様にして精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）は実施しなかった。

工程（３）として、工程（１）で得られた糖水溶液を、２００ｋＰａの圧力で、温度２５℃で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、透過側から５Ｌの糖水溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度精密濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、精密濾過膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイ（登録商標）ＴＭＲ１４０”に使用されている公称孔径０．０８μｍのポリフッ化ビニリデン製平膜を切り出して使用した。得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったが、この精密濾過膜の標準フラックス低下率が６５（％）と大きかったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できないことが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液５Ｌを、３ＭＰａの圧力で、温度２５℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、２．５Ｌの精製糖水溶液を得た。この操作は、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、ナノ濾過膜で４倍濃縮したことになる。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度ナノ濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、ナノ濾過膜としては、東レ株式会社製ナノ濾過膜“ＵＴＣ６０”を使用した。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は７（％）と小さかった。また、得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表３の通りであり、このナノ濾過膜で単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

すなわち、ナノ濾過膜を用いた精製糖水溶液の製造は理論上可能であるが、工程（３）で長期安定的に糖水溶液を濾過できないためナノ濾過膜に供給できず、精製糖水溶液の製造は実現できないことが分かった。

（比較例２）
工程（３）を実施しなかった以外は実施例１と同様にして精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は２０００ＮＴＵであった。

工程（３）は実施しなかった。

工程（４）として、工程（２）で得られた糖水溶液１０Ｌを、３ＭＰａの圧力で、温度２５℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。しかし、ナノ濾過膜に供給した糖水溶液の濁度が４２０ＮＴＵと大きかったために、ナノ濾過膜による濾過を継続できず、精製糖水溶液を製造できなかった。ここで、ナノ濾過膜としては、東レ株式会社製ナノ濾過膜“ＵＴＣ６０”を使用した。

（比較例３）
工程（４）を実施しなかった以外は実施例１と同様にして精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）として、工程（１）で得られた糖水溶液に、凝集剤Ａを３０００ｐｐｍとなるように添加するとともに、水酸化ナトリウムでｐＨを７．０に調整した。ｐＨ調整後、１５０ｒｐｍで３０分間急速撹拌し、次いで４０ｒｐｍで３０分間緩速撹拌し、６時間静置した後、上澄み１６Ｌを凝集処理された糖水溶液として回収した。得られた糖水溶液の濁度は２０００ＮＴＵであった。

工程（３）として、工程（２）で得られた糖水溶液を、２００ｋＰａの圧力で、温度２５℃で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、透過側から１０Ｌの糖水溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度精密濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、精密濾過膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイ（登録商標）ＴＭＲ１４０”に使用されている公称孔径０．０８μｍのポリフッ化ビニリデン製平膜を切り出して使用した。この精密濾過膜の標準フラックス低下率は３５（％）と小さく、得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であった。

工程（４）は実施しなかった。

得られた糖水溶液を、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表３の通りであり、単糖及び発酵阻害物質濃度に変化はなく、発酵阻害物質を除去できていないことが分かった。

（比較例４）
工程（２）を実施しなかった以外は実施例２と同様にして精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例４に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度９０００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）は実施しなかった。

工程（３）として、工程（１）で得られた糖水溶液を、２００ｋＰａの圧力で、温度２５℃で精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、透過側から５Ｌの糖水溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度精密濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に精密濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、精密濾過膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイ（登録商標）ＴＭＲ１４０”に使用されている公称孔径０．０８μｍのポリフッ化ビニリデン製平膜を切り出して使用した。得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったが、この精密濾過膜の標準フラックス低下率が５９（％）と大きかったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できないことが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液５Ｌを、３ＭＰａの圧力で、温度２５℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、１．３Ｌの精製糖水溶液を得た。この操作は、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、ナノ濾過膜で４倍濃縮したことになる。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度ナノ濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、ナノ濾過膜としては、東レ株式会社製ナノ濾過膜“ＵＴＣ６０”を使用した。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は６（％）と小さかった。また、得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表３の通りであり、このナノ濾過膜で単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

すなわち、ナノ濾過膜を用いた精製糖水溶液の製造は理論上可能であるが、工程（３）で長期安定的に糖水溶液を濾過できないためナノ濾過膜に供給できず、精製糖水溶液の製造は実現できないことが分かった。

（比較例５）
工程（２）を実施しなかった以外は実施例３と同様にして精製糖水溶液を製造した。

工程（１）として、３０００Ｇの遠心分離を実施しなかった以外は参考例５に記載した方法を採用し、表１の通りの単糖および発酵阻害物質を含む濁度１００００ＮＴＵの糖水溶液２０Ｌを得た。

工程（２）は実施しなかった。

工程（３）として、工程（１）で得られた糖水溶液を、２００ｋＰａの圧力で、温度２５℃で限外濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、透過側から４Ｌの糖水溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後に限外濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度限外濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後に限外濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、限外濾過膜としては、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製限外濾過膜“ＤａｉｒｙＵＦ１０ｋ”に使用されている分画分子量１００００Ｄａのポリエーテルスルホン製平膜を切り出して使用した。得られた糖水溶液の濁度は１ＮＴＵ以下であったが、この精密濾過膜の標準フラックス低下率が７３（％）と大きかったため、次の工程（４）に長期安定的に糖水溶液を供給できないことが分かった。

工程（４）として、工程（３）で得られた糖水溶液４Ｌを、３ＭＰａの圧力で、温度２５℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。非透過側から精製糖水溶液を回収しつつ、透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、１Ｌの精製糖水溶液を得た。この操作は、工程（３）で得られた糖水溶液１０Ｌを、ナノ濾過膜で４倍濃縮したことになる。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は、３０ｃｍ／秒となるようにし、標準フラックス低下率を求めるために、１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（１Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定し、再度ナノ濾過膜をセットして、糖水溶液をもう１Ｌ濾過した後にナノ濾過膜を取り出して標準フラックス（２Ｌ濾過後の標準フラックス）を測定した。また、ナノ濾過膜としては、東レ株式会社製ナノ濾過膜“ＵＴＣ６０”を使用した。このナノ濾過膜の標準フラックス低下率は５（％）と小さかった。また、得られた精製糖水溶液を蒸留水で４倍に希釈し、工程（１）で得られた糖水溶液と成分を比較した。精製糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度の、工程（１）で得られた糖水溶液中の単糖および発酵阻害物質濃度に対する濃度比は表３の通りであり、このナノ濾過膜で単糖濃度を維持しつつ、発酵阻害物質濃度を低減することができた。

すなわち、ナノ濾過膜を用いた精製糖水溶液の製造は理論上可能であるが、工程（３）で長期安定的に糖水溶液を濾過できないためナノ濾過膜に供給できず、精製糖水溶液の製造は実現できないことが分かった。

次に、本発明により得られる精製糖液を発酵原料として使用した化学品の製造方法に関し、さらに詳細に説明するために化学品としてＬ−乳酸、エタノール、カダベリン、Ｄ−乳酸、コハク酸について実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明により製造されうる化学品は、以下の実施例に限定されない。

（参考例８）化学品の濃度測定方法
［Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸］
Ｌ−乳酸またはＤ−乳酸蓄積濃度測定にはＨＰＬＣ法により乳酸量を測定することで確認した。
カラム：Shim-Pack SPR-H（島津社製）
移動相：５ｍＭ ｐ−トルエンスルホン酸（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
反応液：５ｍＭ ｐ−トルエンスルホン酸、２０ｍＭ ビストリス、０．１ｍＭ EDTA・２Na（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
検出方法：電気伝導度
温度：４５℃。

［エタノール］
エタノール蓄積濃度の測定には、ガスクロマトグラフ法により定量した。Shimadzu GC-2010キャピラリーGC TC-1(GL science) 15 meter L.＊0.53 mm I.D., df1.5 μmを用いて、水素炎イオン化検出器により検出・算出して評価した。

［カダベリン］
カダベリンは以下に示すＨＰＬＣ法によって評価した。
使用カラム：ＣＡＰＣＥＬＬ ＰＡＫ Ｃ１８（資生堂）
移動相：０．１％（ｗ／ｗ）リン酸水溶液：アセトニトリル＝４．５：５．５
検出：ＵＶ３６０ｎｍ
サンプル前処理：分析サンプル２５μｌに内標として、１，４−ジアミノブタン（０．０３Ｍ）を２５μｌ、炭酸水素ナトリウム（０．０７５Ｍ）を１５０μｌおよび２，４−ジニトロフルオロベンゼン（０．２Ｍ）のエタノール溶液を添加混合し、３７℃の温度で１時間保温する。
上記の反応溶液５０μｌを１ｍｌアセトニトリルに溶解後、１０，０００ｒｐｍで５分間遠心した後の上清１０μｌをＨＰＬＣ分析した。

［コハク酸］
コハク酸蓄積濃度の測定については、ＨＰＬＣ（島津製作所 ＬＣ１０Ａ、ＲＩモニター：ＲＩＤ-１０Ａ、カラム：アミネックスＨＰＸ-８７Ｈ）で分析した。カラム温度は５０℃、０.０１Ｎ Ｈ_２ＳＯ_４でカラムを平衡化した後、サンプルをインジェクションし、０.０１Ｎ Ｈ_２ＳＯ_４で溶出して分析を行った。

（参考例９）Ｌ−乳酸発酵
培地には表４に示すＬ−乳酸菌発酵培地を用い、高圧蒸気滅菌処理（１２１℃、１５分）して用いた。乳酸菌としては、原核微生物であるラクトコッカス ラクティス（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ ｌａｃｔｉｓ）ＪＣＭ７６３８株を用い、培地として表４に示す組成の乳酸菌乳酸発酵培地を用いた。発酵液に含まれるＬ−乳酸は、参考例１と同様の方法で評価した。また、グルコース濃度の測定には、グルコーステストワコーＣ（和光純薬）を用いた。

ラクトコッカス ラクティスＪＣＭ７６３８株を、試験管で表４に示す５ｍｌの窒素ガスでパージした乳酸発酵培地で２４時間、３７℃の温度で静置培養した（前培養）。得られた培養液を窒素ガスでパージした新鮮な乳酸発酵培地５０ｍｌに植菌し、４８時間、３７℃の温度で静置培養した（本培養）。

（参考例１０）エタノール発酵
酵母株（ＯＣ２、サッカロマイセス・セレビシエ、ワイン酵母）によるエタノール発酵を検討した。培地は、炭素源としてグルコース、他成分としてＹｅａｓｔ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｄｒｏｐ−ｏｕｔ Ｍｅｄｉｕｍ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ（シグマ・アルドリッチ・ジャパン、表５ドロップアウトＭＸ）、Ｙｅａｓｔ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｂａｓｅ ｗ／ｏ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄｓ ａｎｄ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｓｕｌｆａｔｅ（Ｄｉｆｃｏ、Ｙｅａｓｔ ＮＴｂａｓｅ）および硫酸アンモニウム（硫安）を表５に示す比率で混合した。培地はフィルター滅菌（ミリポア、ステリカップ０．２２μｍ）を行い発酵に用いた。グルコース濃度の定量は、グルコーステスト和光（和光純薬工業）を使用した。また、各培養液中に産生されたエタノール量はガスクロマトグラフ法により測定した。

ＯＣ２株を試験管で５ｍｌの発酵用培地（前培養培地）で一晩振とう培養した（前培養）。前培養液より酵母を遠心分離により回収し、滅菌水１５ｍＬでよく洗浄した。洗浄した酵母を、表５記載組成の各培地１００ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間振とう培養した（本培養）。

（参考例１１）カダベリン発酵
カダベリンを生産させる微生物として、特開２００４−２２２５６９号公報に記載のコリネバクテリウム・グルタミカムＴＲ−ＣＡＤ１株用い、グルコースを資化するカダベリンの発酵を検討した。培地は、炭素源として表６に示すグルコース組成になり、かつ３Ｍのアンモニア水でｐＨを７．０になるように糖液を調製し、カダベリン発酵培地を調整した。生産物であるカダベリンの濃度の評価はＨＰＬＣ法により測定した。また、グルコース濃度の測定にはグルコーステストワコーＣ（和光純薬社製）を用いた。

コリネバクテリウム・グルタミカムＴＲ−ＣＡＤ１株を、試験管で５ｍｌのカナマイシン（２５μｇ／ｍｌ）を添加したカダベリン発酵培地添加で一晩振とう培養した（前培養）。前培養液よりコリネバクテリウム・グルタミカムＴＲ−ＣＡＤ１株を遠心分離により回収し、滅菌水１５ｍＬでよく洗浄した。洗浄した菌体を、上記培地１００ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間振とう培養した（本培養）。

（参考例１２）Ｄ−乳酸発酵
微生物として、特開２００７−０７４９３９記載の酵母ＮＢＲＣ１０５０５／ｐＴＭ６３株を用い、培地として表７に示す組成のＤ−乳酸生産培地を用い、生産物であるＤ−乳酸の濃度の評価はＨＰＬＣ法により測定した。また、グルコース濃度の測定には、グルコーステストワコーＣ（和光純薬社製）を用いた。

ＮＢＲＣ１０５０５／ｐＴＭ６３株を、試験管で５ｍｌのＤ−乳酸生産培地で一晩振とう培養した（前培養）。得られた培養液を、新鮮なＤ−乳酸生産培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間、３０℃の温度で振とう培養した（本培養）。

（参考例１３）コハク酸発酵
コハク酸の生産能力のある微生物として、アナエロビオスピリラム サクシニシプロデュセンス（Anaerobiospirillum succiniciproducens）ＡＴＣＣ５３４８８株によるコハク酸の発酵を行った。表８の組成からなる種培養用培地１００ｍＬを、１２５ｍＬ容三角フラスコに入れ加熱滅菌した。

嫌気グローブボックス内で、３０ｍＭ Ｎａ_２ＣＯ_３ １ｍＬと１８０ｍＭ Ｈ_２ＳＯ_４ ０.１５ｍＬを加え、さらに、０.２５ｇ/Ｌ システイン・ＨＣｌ、０.２５ｇ/Ｌ Ｎａ_２Ｓからなる還元溶液０.５ｍＬを加えた後、ＡＴＣＣ５３４８８株を接種し、３９℃で２４時間静置培養した（本培養）。

（実施例７）
実施例１の工程（１）で得られた糖水溶液と工程（４）で得られた精製糖水溶液各１Ｌをロータリーエバポレーター（東京理化社製）を用いて減圧下（２００ｈＰａ）で水を蒸発させて約３倍程度に濃縮したもの、ならびに、比較として試薬グルコースを使用し、参考例９から１３の発酵条件で各培地成分の濃度条件下で各発酵に適した培地成分を調製して本培養で使用した。なお、前培養では試薬単糖を用い、本培養時のみ各糖液を用いた。

その結果、表９に見られる通り、工程（２）〜（４）の処理をすることにより未処理のものである工程（１）に比べて発酵阻害が抑制され、蓄積濃度が改善した。

（実施例８）
実施例２の工程（１）で得られた糖水溶液と工程（４）で得られた精製糖水溶液各約１Ｌをロータリーエバポレーター（東京理化社製）を用いて減圧下（２００ｈＰａ）で水を蒸発させて約１．２倍程度に濃縮したもの、ならびに、比較として試薬グルコースを使用し、参考例９から１３に示した発酵条件で各培地成分の濃度条件下で各発酵に適した培地成分を調製して本培養で使用した。なお、前培養では試薬単糖を用い、本培養時のみ各糖液を用いた。

その結果、表１０に見られる通り、工程（２）〜（４）の処理をすることにより未処理のものである工程（１）に比べて発酵阻害が抑制され、蓄積濃度が改善した。

本発明によって、セルロース含有バイオマスに由来する糖水溶液から発酵阻害物質を除去することが可能であり、一方でグルコース、キシロースなどの単糖を含む精製糖水溶液を高純度・高収率で製造することができるため、該精製糖水溶液を発酵原料とした場合、種々の化学品の発酵生産の効率を向上させることができる。

１ 原水槽
２ ナノ濾過膜または逆浸透膜が装着されたセル
３ 高圧ポンプ
４ 膜透過液の流れ
５ 膜濃縮液の流れ
６ 高圧ポンプにより送液された培養液またはナノ濾過膜透過液の流れ

Claims (13)

1. セルロース含有バイオマスを原料として精製糖水溶液を製造する方法であって、
   （１）セルロース含有バイオマスを分解処理し、糖水溶液を製造する工程
   （２）（１）で得られた糖水溶液を凝集処理する工程
   （３）（２）で得られた糖水溶液を精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じて濾過して、糖水溶液を透過側から回収する工程
   （４）（３）で得られた糖水溶液をナノ濾過膜および／または逆浸透膜に通じて濾過して、非透過側から精製糖水溶液を回収し、透過側から発酵阻害物質を除去する工程
   から構成される、精製糖水溶液の製造方法。
2. 前記工程（２）の凝集処理にカチオン性高分子凝集剤を使用する、請求項１に記載の精製糖水溶液の製造方法。
3. 前記工程（２）の凝集処理に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを併用する、請求項１に記載の精製糖水溶液の製造方法。
4. 前記工程（２）の凝集処理を複数回実施する、請求項１から３のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。
5. 前記発酵阻害物質が有機酸、フラン系化合物およびフェノール系化合物からなる群から選択される１種以上を含む、請求項１から４のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。
6. 前記有機酸がギ酸または酢酸である、請求項５に記載の精製糖水溶液の製造方法。
7. 前記フラン系化合物がヒドロキシメチルフルフラールまたはフルフラールである、請求項５に記載の精製糖水溶液の製造方法。
8. 前記フェノール系化合物がバニリン、アセトバニリンまたはシリンガ酸である、請求項５に記載の精製糖水溶液の製造方法。
9. 前記工程（２）の糖水溶液が単糖を主成分とする糖水溶液である、請求項１から８のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。
10. 前記工程（４）が、糖水溶液をナノ濾過膜に通じて濾過し、得られた濾過液を逆浸透膜に通じて濾過する工程である、請求項１から９のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。
11. 前記工程（４）のナノ濾過膜および／または逆浸透膜の機能層がポリアミドからなることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。
12. 前記工程（４）のナノ濾過膜の機能層が架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式１で示される構成成分を含有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法。
    

    

    （式中、Ｒは−Ｈまたは−ＣＨ_３、ｎは０から３までの整数を表す。）
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の精製糖水溶液の製造方法によって得られた精製糖水溶液を発酵原料として使用する、化学品の製造方法。

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