(57)【要約】【課題】バイオマスに含まれるリグニンを低コスト且つ効率よく回収するとともに、リグニンの回収に使用した物質を容易に再利用する。【解決手段】バイオマスに対してフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを接触させる前処理工程と、その後、上記バイオマスに由来するリグニンと上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールとを含有する溶液と、固形分とを分離する分離工程と、上記分離する工程の後、上記溶液を蒸留して上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを留出する回収工程とを含むものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスに対してフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを接触させる前処理工程と、
その後、上記バイオマスに由来するリグニン及び/又はリグニン由来物質と上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールとを含有する溶液と、固形分とを分離する分離工程と、
上記分離する工程の後、上記溶液を蒸留して上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを留出する回収工程とを含む、バイオマスの処理方法。
【請求項２】
上記前処理工程では、上記バイオマスを、上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを含有する溶液に浸漬することを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項３】
上記前処理工程では、上記バイオマスに対して上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールの蒸気を加圧条件下で接触させることを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項４】
上記前処理工程の後、両親媒性及び揮発性の溶媒を反応系に添加することを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項５】
上記回収工程では、上記溶液を蒸留し上記溶媒を留出して回収することを特徴とする請求項４記載のバイオマスの処理方法。
【請求項６】
上記前処理工程では、上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを含有する溶液に対するバイオマスの仕込量（バイオマス乾燥重量）を、0.125g/ml以上とすることを特徴とする請求項２記載のバイオマスの処理方法。
【請求項７】
上記回収工程ではバイオマス由来のリグニン及び/又はリグニン由来物質を更に回収することを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項８】
上記分離工程では、固形分としてバイオマス由来のセルロース及び/又はヘミセルロースを回収することを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項９】
上記分離工程で固形分として回収したセルロース及び/又はヘミセルロースを糖化する糖化工程を更に含むことを特徴とする請求項８記載のバイオマスの処理方法。
【請求項１０】
上記セルロース及び/又はヘミセルロース由来の糖成分を発酵する発酵工程を更に含むことを特徴とする請求項９記載のバイオマスの処理方法。
【請求項１１】
上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールとしてｐＨ２以下のフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを使用することを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項１２】
上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールとしてトリフルオロ酢酸を使用することを特徴とする請求項１記載のバイオマスの処理方法。
【請求項１３】
上記両親媒性及び揮発性の溶媒としてアセトンを使用することを特徴とする請求項４記載のバイオマスの処理方法。
【請求項１４】
請求項１０記載のバイオマスの処理方法における発酵工程により製造された有機酸及び/又はアルコールを回収する工程を含む、有機酸又はアルコールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスに含まれるリグニン成分を分離するバイオマスの処理方法、及び当該処理方法を利用した有機酸又はアルコールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を鑑みた場合、バイオマスから製造されるエタノール等の石油代替資源に大きな期待が寄せられている。すなわち、バイオマスは、エタノール等の有用なアルコールや有機酸の原料として有効に利用されている。バイオマスは、主としてセルロース、ヘミセルロース及びリグニンから構成されている。バイオマスからエタノール等液体燃料を製造するためには、セルロースやヘミセルロースを構成単糖にまで加水分解（糖化）し、発酵によって単糖をエタノールに変換する。
【０００３】
バイオマスの単位量あたりのエタノール収率を向上させるには、セルロースやヘミセルロースを高収率に回収すること、セルロースやヘミセルロース以外の残査物質を、後の糖化工程及び発酵工程で極力排除することが挙げられる。特に残査物質のなかでもリグニンは、糖化及び発酵に対して阻害的に作用することが知られており、セルロースやヘミセルロースと確実に分離することが望まれていた。
【０００４】
また、バイオマスに含まれるリグニンは、バニリンや接着剤の原料として利用されているほか、硫黄を加えて加熱することでメタンチオール・ジメチルスルフィド・ジメチルスルホキシドなどの原料として利用される。また、リグニンを60%硫酸中フェノール溶液で加水分解することでリグノフェノールとし、これを新素材として利用することもできる。
【０００５】
ところで、特許文献１及び非特許文献１には、バイオマスに含まれるリグニンを、セルロースやヘミセルロースから分離するための処理として、バイオマスをリン酸含有溶液で処理する方法が開示されている。また、非特許文献１には、リン酸含有溶液に含まれるリグニンを回収する方法として、溶液に水を過剰に加えることでリグニンを沈殿させて回収すると記載されている。また非特許文献２には、リン酸濃度が80％を下回ると、リグニンを分離後のセルロース及びヘミセルロースに対する糖化効率が劣化することが記載されている。一方で、非特許文献３には、リン酸濃度75%にするには135℃にする必要があるという報告がある。すなわち、非特許文献１に記載された方法では、リグニンの回収率が不十分であり、また、リグニン除去後の溶液からリン酸を回収するには水分を留出するために莫大なエネルギーを必要とする。このため、特許文献１や非特許文献１に記載された方法は、現実的には採用し得ないものであった。
【０００６】
【特許文献１】WO 2007/111605
【非特許文献１】Zhang, YHP., et al., Biotech, & Bioeng., 97, 2, (2007)
【非特許文献２】Zhang YHP, Cui J, Lynd LR, Kuang LR (2006). Biomacromolecules 7:644-648
【非特許文献３】第６版 化学便覧 応用化学編 I （日本化学会編）第601頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑み、バイオマスに含まれるリグニンを低コスト且つ効率よく回収するとともに、リグニンの回収に使用した物質を容易に再利用することができるバイオマスの処理方法、及び当該バイオマスの処理方法によって回収されたセルロース及び/又はヘミセルロースを用いた有機酸又はアルコールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明者が鋭意検討した結果、バイオマスをフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールにより処理することで、リグニンをセルロース及びヘミセルロースから効率よく分離できるとともにリグニン及び/又はリグニン由来物質から上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを容易に分離して回収することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は以下を包含する。
本発明に係るバイオマスの処理方法は、バイオマスに対してフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを接触させる前処理工程と、その後、上記バイオマスに由来するリグニン及び/又はリグニン由来物質と上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールとを含有する溶液と、固形分とを分離する分離工程と、上記分離する工程の後、上記溶液を蒸留して上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを留出する回収工程とを含むものである。
【００１０】
特に、上記前処理工程では、上記バイオマスを、フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを含有する溶液に浸漬することで、バイオマスに由来するリグニンを当該溶液に溶解させることができる。一方、上記前処理工程では、上記バイオマスに対してフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールの蒸気を加圧条件下で接触させてもよい。この場合、その後、減圧冷却することでリグニンを上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコール含有溶液内に回収することができる。
【００１１】
また、上記前処理工程の後、両親媒性及び揮発性の溶媒を反応系に添加することでリグニンの溶解反応を停止させるとともにバイオマスの洗浄を行うことが好ましい。この場合、上記回収工程では、上記溶液を蒸留して上記溶媒を留出して回収することができる。
【００１２】
特に、本発明に係るバイオマスの処理方法では、上記前処理工程における上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを含有する溶液に対するバイオマスの仕込量（バイオマス乾燥重量）を、0.125g/ml以上とすることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係るバイオマスの処理方法によれば、上記回収工程でバイオマス由来のリグニン及び/又はリグニン由来物質を更に回収することができる。一方、本発明に係るバイオマスの処理方法によれば、上記分離工程で固形分としてバイオマス由来のセルロース及び/又はヘミセルロースを回収することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明に係るバイオマスの処理方法は、上記分離工程で固形分として回収したセルロース及び/又はヘミセルロースを糖化する糖化工程を更に含むことが好ましい。さらにまた、本発明に係るバイオマスの処理方法は、上記セルロース及び/又はヘミセルロース由来の糖成分を発酵する発酵工程を更に含むことが好ましい。この発酵工程では、セルロース及び/又はヘミセルロースを糖化して得られた糖成分から有機酸及び/又はアルコールを製造することができる。還元すれば、本発明に係るバイオマスの処理方法を利用することによって、バイオマスを用いて有機酸又はアルコールを製造することができる。ここで、アルコールとしてはエタノールを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るバイオマスの処理方法によれば、バイオマスからのリグニンの分離に使用したフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールをリグニンから分離して容易に回収することができ、再利用することができる。したがって、本発明に係るバイオマスの処理方法によれば、セルロース及び/又はヘミセルロースと、リグニンとを分離する際の前処理工程に要するコストを大幅に低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る有機酸又はアルコールの製造方法によれば、セルロース及び/又はヘミセルロースと、リグニンとを分離する際の前処理工程に要するコストを大幅に低減することができるため、有機酸又はアルコールを低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るバイオマスの処理方法、及び有機酸又はアルコールの製造法を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明においてバイオマスとは、セルロース繊維の結晶構造とリグニンとの複合体を含む植物バイオマスを意味している。すなわち、バイオマスは、セルロースと、ヘミセルロースと、リグニン等から構成されており、木質系バイオマス及び草本系バイオマスの双方を含む意味である。木質系バイオマスには、間伐材、建築廃材、産業廃棄物、生活廃棄物、農産廃棄物、製材廃材及び林地残材及び古紙等の廃棄物が含まれる。また、木質系バイオマスとしては、段ボール、古紙、古新聞、雑誌、パルプ及びパルプスラッジ等も含まれる。さらに木質系バイオマスとしては、おが屑や鉋屑等の製材廃材、林地残材又は古紙等を粉砕、圧縮し、成型したペレットも含む意味である。一方、草本系バイオマスとは、木質化した幹組織を有さない植物を意味し、あらゆる双子葉植物及び単子葉植物を含んでいる。
【００１９】
特に、本発明に係るバイオマスの処理方法では、上述したバイオマスに対してフッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを接触させることで、バイオマスに含まれるリグニンを上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールにより低分子化することができ、セルロース及びヘミセルロースとリグニンとを分離することができる。本方法によれば、リグニン及び/又はリグニン由来物質が上記フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールを含む溶液中に溶解するとともに、セルロース及びミセルロースは固形分として回収することができる。ここで、リグニン由来物質とは、フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールによりリグニンが低分子化された物質や、リグニンやリグニンの低分子か物質が縮重合した物質を含む意味である。
【００２０】
ここで、フッ素置換カルボン酸及びフッ素置換アルコールとしては、特に限定されないが、ｐＨ２以下のフッ素置換カルボン酸及びフッ素置換アルコールを使用することが好ましい。ｐＨ２以下のフッ素置換カルボン酸及びフッ素置換アルコールとしては、例えば、トリフルオロ酢酸（以下、TFA）、ジフルオロ酢酸、ペンタフルオロプロピオン酸及びヘキサフルオロイソプロパノールを挙げることができる。これらフッ素置換カルボン酸及びフッ素置換アルコールは、それぞれ単独で使用しても良いし、複数種類を適宜混合して使用しても良い。さらに、フッ素置換カルボン酸及び/又はフッ素置換アルコールとしては、特にTFA又はTFAを含む混合物を使用することが好ましい。なお、以下においては、フッ素置換カルボン酸及びフッ素置換アルコールの一例としてTFAを使用した例を説明するが、本発明の技術的範囲はTFAを使用する系に限定されるものではい。
【００２１】
ここで、バイオマスにTFAを接触させる際には、例えば、TFA溶液にバイオマスを浸漬する手法、密閉容器内において加圧条件下でTFA蒸気をバイオマスに共存させる手法及びこれら手法を組み合わせた手法を挙げることができる。
【００２２】
特に、TFA溶液は、従来使用されていたリン酸溶液と比較すると粘度が低く、バイオマスに対してより接触効率に優れている。これにより、バイオマスをTFA溶液に浸漬させる場合、バイオマスの仕込量を従来よりも大幅に増加させることができる。すなわち、本発明に係るバイオマスの処理方法によれば、一回当たりのバイオマスの処理量を大幅に増加させることができるため従来と比較して優れた方法であるといえる。ここで、バイオマスをTFA溶液に浸漬させる場合、バイオマスの仕込量としては、例えば0.125g/ml以上とすることができる（バイオマスの量は乾燥重量で換算した値）。この値は、従来リン酸溶液を用いて処理する場合の条件値を超える値である。また、バイオマスの仕込量としては、0.125〜0.5g/mlとすることが好ましく、0.125〜0.35g/ml g/mlとすることがより好ましい。バイオマスの仕込量がこれらの範囲より多くなると、全てのバイオマスを充分に処理できなくなる虞がある。
【００２３】
また、バイオマスをTFAと接触させる際には、バイオマスを所定の大きさに粉砕しておくことが好ましい。バイオマスの大きさとしては、特に限定されないが、例えば、20μm〜5cmとすることができ、150μm〜5mmとすることが好ましく、150μm〜1mmとすることがより好ましい。ここで、バイオマスの大きさとは、粒子状のバイオマスにおける最大長を意味する。バイオマスをこれらの範囲より小さくする場合、バイオマスの加工（破砕）に要するエネルギーや顕著に上昇し、コストを押し上げる要因となる虞がある。また、バイオマスをこれらの範囲より大きくする場合、リグニンを充分に溶解するためのバイオマスとTFAとの接触時間が長くなる虞がある。
【００２４】
バイオマスをトリフルオロ酢酸との接触時間は、バイオマスに対するTFAの接触効率が優れているため、従来のリン酸溶液を使用した場合と比較してより短くすることができる。バイオマスをTFAとの接触時間としては、特に限定されないが、例えば、5分〜1日とすることができ、5分〜1時間とすることが好ましく、5分〜30分とすることがより好ましい。接触時間がこれらの範囲より短い場合には、バイオマスに含まれるリグニンを十分に溶解できない虞がある。また。接触時間がこれらの範囲より長い場合には、処理時間の長期化に繋がり効率が悪くなる虞がある。
【００２５】
さらにバイオマスをトリフルオロ酢酸と接触させる際の反応温度としては、特に限定されないが、例えば、20〜100℃とすることができ、40〜80℃℃とすることが好ましい。反応温度がこれらの範囲より高い場合には、エネルギーコストが増大するとともにTFAが気化する虞がある。また、反応温度がこれらの範囲より低い場合には、バイオマスに対するTFAの作用が不十分となる虞がある。
【００２６】
一方、本発明に係るバイオマスの処理方法では、上述のようにバイオマスに対してTFAを接触させた後、反応系に両親媒性及び揮発性の溶媒を添加してTFAを洗浄し、リグニンの低分子化・溶解反応を停止させる処理（洗浄処理）してもよい。また、上記溶媒を反応系に添加することで、上述したTFAによる処理によってTFA溶液に分散しきれなかったリグニン及びリグニン由来物質を溶液中に分散させることができる。
【００２７】
ここで、両親媒性及び揮発性の溶媒としては、特に限定されないが、炭素数４以下のケトン類及び/又はアルコール類を使用することができる。溶媒としては、アセトン（例えば冷アセトン溶液（4〜10℃））及び/又はエタノールを使用することができる。反応系に両親媒性及び揮発性の溶媒を添加した後、撹拌することによってリグニンの低分子化・溶解反応後のバイオマスを洗浄することができる。ここで、両親媒性とは、水及び有機溶媒のいずれにも混ざることのできる物質を意味する。反応系に上記溶媒を添加した後、必要により水を添加して撹拌することによって、バイオマスを更に洗浄することもできる。なお、以下においては、両親媒性及び揮発性の溶媒の一例としてアセトン溶液を使用した例を説明するが、本発明の技術的範囲はアセトン溶液を使用する系に限定されるものではない。
【００２８】
以上の処理によって、バイオマスに含まれるリグニン及び/又はリグニン由来物質を溶液中に、バイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースから分離することができる。なお、バイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースは固形分として回収することができる。より具体的には、上述のようにアセトン溶液による処理の後、遠心分離やろ過等の固液分離手段によってバイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースは固形分として回収する。また、固形分が分離された上清には、バイオマスに含まれていたリグニン、リグニン由来物質、TFA及びアセトンが含まれている。
【００２９】
本発明に係るバイオマスの処理方法では、固形分を分離した後の溶液を蒸留することによって、当該溶液に含まれるTFA及びアセトンをそれぞれ回収することができる。ここで、TFA回収のための蒸留としては、常圧蒸留及び減圧蒸留のいずれの方法を適用してもよい。蒸留により溶液中のTFAを回収することができ、溶液に含まれていたリグニン及び/又はリグニン由来物質は固形分として回収することができる。回収したTFAやアセトンは、バイオマスの処理方法に再利用することができる。
【００３０】
なお、常圧蒸留においては、ナスフラスコ等の容器に固液分離し上清画分を入れ、オイルバス等の温度調節装置を用いて上清画分を所望の温度に加熱する。常圧蒸留によれば、例えば、60℃までに主としてアセトンを留出することができ、60℃から70℃の間に主としてTFAを流出することができる。これにより、前処理に使用したTFA及びアセトンをそれぞれ分離して回収することができる。
【００３１】
また、減圧蒸留においては、ナスフラスコ等の溶液に固液分離した上清画分を入れ、ダイアフラムポンプ等により容器内部を減圧しながら、オイルバス等の温度調節装置を用いて上清画分を所望の温度に加熱する。減圧蒸留によれば、蒸留分（主にアセトンとトリフルオロ酢酸）を液体窒素にて冷却した回収管にて回収することができる。なお、減圧蒸留や常圧蒸留により回収したTFAやアセトンは、GC-MS及びNMRにて分析し回収率を求めることができる。また、上清画分に含まれていたリグニン等の固形分は、蒸留に使用した容器に残渣として分離することができる。
【００３２】
一方、固液分離手段によって分離された固形分には、バイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースが含まれている。したがって、固形分として回収されたこれらセルロース及びヘミセルロースは、そのままの状態で後述する糖化工程に供されても良いし、そのままの状態で保存してもよい。すなわち、本発明に係るバイオマスの処理方法は、後述する糖化工程及び発酵工程等の前処理という位置づけでもよいが、バイオマスからのセルロース及び/又はヘミセルロースの抽出方法や、バイオマスを用いたセルロース及び/又はヘミセルロースの製造方法ということもできる。
【００３３】
また、回収された固形分には、TFAの一部が残存しているため、中和反応によって残存したTFAを除去してもよい。例えば、1gのバイオマスを処理した場合、約1mlの1N-NaOH溶液に固形分を浸漬することで、中和反応によりTFAを除去することができる。なお、従来技術においてリン酸を用いた前処理を行った場合には、リン酸が不揮発性であるため、バイオマスに浸潤したリン酸をアセトンにより十分に除去することができない。このため従来技術においてリン酸を用いた前処理を行った場合には、固形分を浸潤したリン酸を除去するため、1gのバイオマスを処理した場合、約5〜8mlの1N-NaOH溶液に固形分を浸漬する必要がある。このように、本発明に係るバイオマスの処理方法によれば、リン酸を使用した場合と比較して前処理に使用したTFAをより簡便に且つ低コストに固形分から除去することができる。
【００３４】
また、本発明に係るバイオマスの処理方法は、セルロース及び/又はヘミセルロースを糖化することで得られる単糖類及びオリゴ糖類を製造する方法に適用することもできる。すなわち、セルロース及び/又はヘミセルロースから単糖類及び/又はオリゴ糖類を製造する際に、本発明に係るバイオマスの処理方法を糖化工程の前処理工程として適用することができる。
【００３５】
セルロース及び/又はヘミセルロースを糖化する糖化工程は、従来公知の手法を適宜適用することができる。糖化工程では、セルロースをグルコース等の単糖に加水分解し、ヘミセルロースをグルコース、キシロース及びアラビノース等の単糖に加水分解する。具体的に、糖化工程としては、従来公知の希硫酸等を使用した酸糖化方法、セルラーゼ等の酵素を使用した酵素糖化方法のいずれも適用することができる。なお、糖化工程においては、セルロース及び/又はヘミセルロースに由来するオリゴ糖が含まれている状態で酸加水分解反応を又は酵素加水分解反応を終了してもよい。この場合、糖化工程後の溶液には、上述した単糖の他にオリゴ糖も含まれることとなる。
【００３６】
一方、発酵工程とは、糖化工程によって得られた単糖及び/又はオリゴ糖を基質として微生物により所望の物質を製造する工程である。ここで、発酵工程は、エタノール等のアルコールを発酵により製造するものであっても良いが、乳酸等の有機酸を製造するものであっても良い。エタノール以外のアルコールとしては、プロパノール、ブタノール及びグリセリン等を発酵により製造することができる。乳酸以外の有機酸としては、酢酸、クエン酸、蓚酸、コハク酸、β−ヒドロキシ酪酸及び3−ヒドロキシプロピオン酸等を発酵により製造することができる。
【００３７】
発酵工程で使用する微生物としては、糖化工程で得られた単糖類及び/又はオリゴ糖類を利用して目的生産物を何ら限定されない。例えば、エタノールを目的生産物とする場合には、サッカロミセスセルビシエ（Saccharomyces cerevisiae）及びシゾサッカロミセスポンベ（Schizosaccharomyces pombe）などが挙げられる。また、エタノールを目的生産物とする場合には、単糖類やオリゴ糖を基質としてエタノールを生合成するのに必要な遺伝子群を導入した大腸菌等の細菌を使用することもできる。また、乳酸を目的生産物とする場合には、従来公知の乳酸生産菌、例えば、Lactobacillus属に属する細菌を例示することができる。また、単糖類やオリゴ糖を基質として乳酸を生合成するのに必要な遺伝子群を導入した大腸菌や酵母等を使用することもできる。
【００３８】
また、発酵工程の終了後、目的生産物を従来公知の手法によって回収・精製することができる。例えば、エタノールを目的生産物とする場合、蒸留、浸透気化膜等の公知の方法を適用することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〕
本実施例では、広葉樹及び針葉樹の粉砕木粉をバイオマスとしてトリフルオロ酢酸（TFA）による前処理方法を検討した。先ず、広葉樹及び針葉樹の粉砕木粉(乾燥重量1g、1mmスクリーン通過品)をそれぞれ50ml容器に入れ、そこに99%のTFAを8ml添加して50℃で15分間振とうさせた。反応終了後、99%の冷アセトンを20ml添加し、激しく撹拌した後、遠心分離（3000rpm、10分、スウィング型）により固液分離して上清を取り除いた。
【００４１】
回収された上清画分をナスフラスコに入れ、オイルバスにて加温し、常圧蒸留を行った。加熱温度が60℃までに主としてアセトンが留出し、加熱温度が60℃から70℃まで主としてTFAが流出した。以上の蒸留処理によって、アセトン及びTFAともにそれぞれ85％以上を回収することができた。
【００４２】
一方、固液分離し沈殿物に冷アセトンを40ml加え激しく撹拌後、遠心分離（3000rpm、10分、スウィング型）し上精を除去した。このアセトン洗浄を数回行った後、アセトンを水に換えて同様に水洗浄を数回行った。
【００４３】
上述のように洗浄した後、得られた固形分を50mM酢酸緩衝液中でセルラーゼにより糖化反応を行った(45℃)。反応開始から2、4、6、24、48時間後にサンプリングを行い、反応液に含まれる糖濃度を多機能バイオセンサ（王子計測機器株式会社）のグルコースセンサーにて分析した。
【００４４】
〔比較例１〕
比較例１では、TFAに代えてリン酸を8ml添加して50℃で15、30若しくは60分間振とうしながら反応した以外は実施例１と同様にしてグルコースセンサーを用いた分析を行った。
【００４５】
〔分析結果〕
実施例１及び比較例１における針葉樹を使用した場合の結果を図１に示し、広葉樹を使用した場合の結果を図２に示す。また、糖化反応終了後の反応液に含まれるグルコース収率について、針葉樹を使用した場合の結果を図３に示し、広葉樹を使用した場合の結果を図４に示す。なお、図１〜４においてグルコース収率とは、［グルコース量］/［バイオマス中のセルロース量］から換算したグルコース量の理論値として算出した値である。
【００４６】
バイオマスをTFAで前処理した後、セルラーゼにより糖化処理することでグルコースとして回収することができた。また、使用したTFAは優れた蒸留によって回収することができ、前処理に使用したTFAを再利用できることが明らかとなった。一方、TFAに代えてリン酸を使用した比較例１では、リグニンをリン酸と分離して回収するができなかった。
【００４７】
また、図１〜４に示したように、TFAによるバイオマスの前処理によれば、リン酸によるバイオマスの前処理と比較してほぼ同等のグルコース収率を達成できることが明らかとなった。TFA溶液は、リン酸溶液と比較すると粘度が低く、より大量のバイオマスを仕込むことができる。よって、バイオマスの前処理には、TFA溶液を使用した方がより多くのバイオマスを効率よく糖化反応に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】針葉樹の粉砕木粉をバイオマスとしTFA又はリン酸を用いて前処理を行い、その後、糖化反応により生成したグルコース量から算出したグルコース収率を経時的に示す特性図である。
【図２】広葉樹の粉砕木粉をバイオマスとしTFA又はリン酸を用いて前処理を行い、その後、糖化反応により生成したグルコース量から算出したグルコース収率を経時的に示す特性図である。
【図３】針葉樹の粉砕木粉をバイオマスとしTFA又はリン酸を用いて前処理を行い、その後、糖化反応により最終的に生成したグルコース量から算出したグルコース収率を示す特性図である。
【図４】広葉樹の粉砕木粉をバイオマスとしTFA又はリン酸を用いて前処理を行い、その後、糖化反応により最終的に生成したグルコース量から算出したグルコース収率を示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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