(57)【要約】【課題】高濃度の糖液を効率よく製造することができる糖液の製造装置及び糖液の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】糖液製造装置１０Ａは、セルロース含有バイオマス２６から糖液を製造する糖液の製造装置であって、内部に水平方向に設けられる攪拌軸２１と、攪拌軸２１に設けられる攪拌翼２２とを備え、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２とを攪拌しながら、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２とを反応させて糖化スラリー３３を得る水平型反応槽１１と、ジャケット１２と、糖化スラリー３３を糖化して糖化液４１を得る垂直型反応槽１３と、糖化スラリー供給ラインＬ１１とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース含有バイオマスから糖液を製造する糖液の製造装置であって、
内部に水平方向に設けられる攪拌軸と、前記攪拌軸に設けられる攪拌翼とを備え、前記セルロース含有バイオマスと糖化酵素とを攪拌しながら、前記セルロース含有バイオマスと前記糖化酵素とを反応させて糖化スラリーを得る水平型反応槽と、
前記糖化スラリーを糖化して糖化液を得る垂直型反応槽と、
前記水平型反応槽と前記垂直型反応槽とを連結する糖化スラリー供給ラインと、
前記水平型反応槽の周囲または壁面に設けられ、前記水平型反応槽を加熱する加温部と、
を有することを特徴とする糖液の製造装置。
【請求項２】
前記水平型反応槽は、
前記水平型反応槽の一方に前記セルロース含有バイオマスを供給するバイオマス導入口と、
前記水平型反応槽の前記バイオマス導入口とは反対側に前記糖化スラリーを排出する糖化スラリー排出口と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の糖液の製造装置。
【請求項３】
前記水平型反応槽は、前記糖化スラリー排出口に前記糖化スラリーの流れをせき止めるせき止め部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の糖液の製造装置。
【請求項４】
前記攪拌軸が加熱されることを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項５】
前記攪拌軸と前記加温部との何れか一方または両方は、内部を熱媒体が通ることが可能な中空体であることを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項６】
前記熱媒体の温度が４０℃以上６０℃以下であることを特徴とする請求項５に記載の糖液の製造装置。
【請求項７】
前記水平型反応槽の前記バイオマス導入口の前流側にセルロース含有バイオマスを供給するバイオマス供給部を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項８】
前記垂直型反応槽から前記糖化液を排出する糖化液供給ラインと、
前記糖化液から固形分を分離して糖液を得る固液分離装置と、
を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項９】
前記固液分離装置に連結され、前記固液分離装置内に温水を供給する温水供給ラインを有することを特徴とする請求項８に記載の糖液の製造装置。
【請求項１０】
前記水平型反応槽は、前記攪拌軸を複数備え、
それぞれの前記攪拌軸に設けられる複数の攪拌翼を備えることを特徴とする請求項１から９の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項１１】
前記攪拌翼が切り欠き部を有することを特徴とする請求項１から１０の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項１２】
前記垂直型反応槽は、内部に糖化酵素を供給する第２の酵素供給通路を有することを特徴とする請求項１から１１の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項１３】
前記水平型反応槽に供給する糖化酵素と前記第２の酵素供給通路から供給する糖化酵素とが異なることを特徴とする請求項１２に記載の糖液の製造装置。
【請求項１４】
前記水平型反応槽における前記セルロース含有バイオマスと前記糖化酵素との糖化反応は、熱化学処理が施されたセルロース含有バイオマスの乾燥質量が糖化スラリーの総質量に対して１５質量％以上５０質量％以下で行われることを特徴とする請求項１から１１の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
【請求項１５】
前記熱化学処理が、アンモニア処理、水熱処理、爆砕処理、アルカリ処理および希硫酸処理からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の糖液の製造装置。
【請求項１６】
請求項１から１５の何れか１つに記載の糖液の製造装置を用いてセルロース含有バイオマスから糖液を製造することを特徴とする糖液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース含有バイオマスから糖液を得る糖液の製造装置及び糖液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
糖を原料とした化学品の発酵生産プロセスは、種々の工業原料生産に利用されている。この発酵原料となる糖として、現在、さとうきび、澱粉、テンサイなどの食用原料に由来するものが工業的に使用されている。今後の世界人口の増加による食用原料価格の高騰、または食用と競合するという倫理的な観点から、再生可能な非食用資源、すなわちセルロース含有バイオマスからより効率的に糖液を製造するプロセス、または得られた糖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。
【０００３】
セルロース含有バイオマスは、主に芳香族系重合物のリグニンと、単糖の重合物であるセルロースやヘミセルロースからなる。糖液は、一般的に、酵素糖化反応による方法を用いて得られる。酵素糖化反応による方法は、例えば、リグニンに保護されたセルロースやヘミセルロースを、粉砕処理などの機械処理、または高圧高温の熱水、希硫酸またはアンモニアなどを用いた熱化学処理などの前処理を行って、リグニンからセルロースまたはヘミセルロースを脱離して（例えば、特許文献１、２参照）、前処理バイオマスを得る。その後、前処理バイオマスに糖化酵素を混合して、リグニンから脱離して得られたセルロースまたはヘミセルロースを糖化酵素により加水分解して単糖を製造する。
【０００４】
この酵素糖化反応を用いてセルロース含有バイオマスから単糖を製造する場合には、設備面での課題がある。第一に、糖化酵素を用いて糖化する効率（糖化酵素の性能）は、セルロース含有バイオマス由来の方がデンプン由来に比べて低いため、加水分解反応が１日〜数日と時間を要する。そのため、反応装置内のセルロース含有バイオマスの滞留時間が長くなり、設備費が高くなる。第二に、セルロース含有バイオマスを高濃度として糖化反応を行った場合、攪拌機が回らないことや、スラリー状となった液（スラリー液）の送液が行えないなどの不具合が生じる可能性がある。そのため、酵素糖化反応を行う際のセルロース含有バイオマスの濃度は限界があり、得られる糖液の濃度も低くなる。
【０００５】
こうしたセルロース含有バイオマスの酵素糖化反応の上記のような設備面での課題に対して、これまで種々の方法が提案されている。例えば、前処理バイオマスを間欠的に供給する方法（例えば、特許文献３、４参照）、一度固液分離を行い残渣と水とを混合して反応を早める方法（例えば、特許文献５参照）、残渣を摩砕処理して再度糖化反応を行う方法（例えば、特許文献６参照）、前処理したバイオマスに水を添加してスラリー化する方法（例えば、特許文献７参照）などが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８３８０５号公報
【特許文献２】特表２００８−５３５５２３号公報
【特許文献３】特開２００１−２３８６９０号公報
【特許文献４】特表２０１０−５３６３７５号公報
【特許文献５】特開２０１１−１９４８３号公報
【特許文献６】特開２０１１−４１４９３号公報
【特許文献７】特許第４７６４５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３、４に記載されているような前処理バイオマスを間欠的に供給する方法は、糖化時の糖濃度は高くすることができるが、前処理バイオマスに対して先に入れた前処理バイオマスと後に供給した前処理バイオマスとの糖化酵素の反応時間が異なるため、糖化効率が低下する。
【０００８】
また、特許文献５、６に記載の方法は、生成糖による平衡反応阻害が低下し、糖化反応時間が短縮されるが、水の添加量が通常よりも増大してしまう。さらに、特許文献６に記載の方法では摩砕にかかるエネルギーが余計に必要になってしまう。
【０００９】
また、特許文献７では、スラリー化槽を設けてバイオマスの熱過分解を抑制する方法が開示されているが、固形分濃度を低下しないと送液ができないため、結果として糖濃度が低くなってしまう可能性がある。
【００１０】
以上のこれらの方法では、セルロース含有バイオマスを高濃度で糖化することが困難であるか、反応時間が長くなるため、設備費が高くなるという課題が残る。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、高濃度の糖液を効率よく製造することができる糖液の製造装置及び糖液の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明者らは糖液の製造装置及び製造方法について鋭意研究した。その結果、セルロース含有バイオマスが反応装置内を進行する方向を複数段にすると共に糖化反応時の温度を調節することで、セルロース含有バイオマスの糖化酵素との糖化反応が向上し、高濃度の糖液を製造できることに着目した。セルロース含有バイオマスおよび糖化酵素をまず水平型反応槽に供給して、槽内を所定の温度に保持しつつセルロース含有バイオマスに糖化酵素を混合して糖化反応を行なった後、更に垂直型反応槽で糖化反応を行ない、２段階で糖化反応を行うことにより、糖化反応の効率と、糖液の糖濃度との関係について解明した。この得られた知見に基づいて、セルロース含有バイオマスを水平方向に進行させながら糖化酵素により糖化してスラリー化してスラリー液とした後、スラリー液を垂直方向に進行させながら更に糖化反応を進行させ、２段階で糖化反応を行うようにする。セルロース含有バイオマスを垂直方向に進行させる前に予めスラリー化しておくことで、セルロース含有バイオマスと糖化酵素との反応効率を向上させることができる。また、スラリーは低粘度であるため、高濃度に糖化することができる。この結果、セルロース含有バイオマスと糖化酵素とを効率よく反応させ、糖化時間をさらに短縮することができるため、高濃度の糖液を低コストで効率よく製造することができることを見出した。本発明は、係る知見に基づいて完成されたものである。
【００１３】
すなわち、本発明は以下の（１）〜（１６）の構成を有する。
（１）  セルロース含有バイオマスから糖液を製造する糖液の製造装置であって、
内部に水平方向に設けられる攪拌軸と、前記攪拌軸に設けられる攪拌翼とを備え、前記セルロース含有バイオマスと糖化酵素とを攪拌しながら、前記セルロース含有バイオマスと前記糖化酵素とを反応させて糖化スラリーを得る水平型反応槽と、
前記糖化スラリーを糖化して糖化液を得る垂直型反応槽と、
前記水平型反応槽と前記垂直型反応槽とを連結する糖化スラリー供給ラインと、
前記水平型反応槽の周囲または壁面に設けられ、前記水平型反応槽を加熱する加温部と、
を有することを特徴とする糖液の製造装置。
（２）  前記水平型反応槽は、
前記水平型反応槽の一方に前記セルロース含有バイオマスを供給するバイオマス導入口と、
前記水平型反応槽の前記バイオマス導入口とは反対側に前記糖化スラリーを排出する糖化スラリー排出口と、
を有することを特徴とする上記（１）に記載の糖液の製造装置。
（３）  前記水平型反応槽は、前記糖化スラリー排出口に前記糖化スラリーの流れをせき止めるせき止め部を有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の糖液の製造装置。
（４）  前記攪拌軸が加熱されることを特徴とする上記（１）から（３）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（５）  前記攪拌軸と前記加温部との何れか一方または両方は、内部を熱媒体が通ることが可能な中空体であることを特徴とする上記（１）から（４）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（６）  前記熱媒体の温度が４０℃以上６０℃以下であることを特徴とする上記（５）に記載の糖液の製造装置。
（７）  前記水平型反応槽の前記バイオマス導入口の前流側にセルロース含有バイオマスを供給するバイオマス供給部を備えることを特徴とする上記（１）から（６）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（８）  前記垂直型反応槽から前記糖化液を排出する糖化液供給ラインと、
前記糖化液から固形分を分離して糖液を得る固液分離装置と、
を有することを特徴とする上記（１）から（７）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（９）  前記固液分離装置に連結され、前記固液分離装置内に温水を供給する温水供給ラインを有することを特徴とする上記（８）に記載の糖液の製造装置。
（１０）  前記水平型反応槽は、前記攪拌軸を複数備え、
それぞれの前記攪拌軸に複数の攪拌翼を備えることを特徴とする上記（１）から（９）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（１１）  前記攪拌翼が切り欠き部を有することを特徴とする上記（１）から（１０）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（１２）  前記垂直型反応槽は、内部に糖化酵素を供給する第２の酵素供給通路を有することを特徴とする上記（１）から（１１）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（１３）  前記水平型反応槽に給する糖化酵素と前記第２の酵素供給通路から供給する糖化酵素とが異なることを特徴とする上記（１２）に記載の糖液の製造装置。
（１４）  前記水平型反応槽における前記セルロース含有バイオマスと前記糖化酵素との糖化反応は、熱化学処理が施されたセルロース含有バイオマスの乾燥質量が糖化スラリーの総質量に対して１５質量％以上５０質量％以下で行われることを特徴とする上記（１）から（１１）の何れか１つに記載の糖液の製造装置。
（１５）  前記熱化学処理が、アンモニア処理、水熱処理、爆砕処理、アルカリ処理および希硫酸処理からなる群から選択されることを特徴とする上記（１４）に記載の糖液の製造装置。
（１６）  上記（１）から（１５）の何れか１つに記載の糖液の製造装置を用いてセルロース含有バイオマスから糖液を製造することを特徴とする糖液の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水平型反応槽で槽内を所定の温度に保持しつつセルロース含有バイオマスを水平方向に進行させながら糖化酵素により連続的に糖化してスラリー化して、セルロース含有バイオマスを垂直方向に進行させる前に予めスラリー化して低粘度のスラリー液とする。そして、垂直型反応槽でスラリー液を垂直方向に進行させながらに更に糖化反応を進行させることで、セルロース含有バイオマスと糖化酵素との反応効率を向上させることができると共に、高濃度に糖化することができる。よって、本発明によれば、水平型反応槽と垂直型反応槽との２段階で糖化反応を行うことにより、高濃度の糖液を低コストかつ短時間で効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る糖液の製造装置の一部を切り欠いた図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、糖液の製造装置の他の構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、糖液の製造装置の水平型反応槽の他の一例を示す図である。
【図６】図６は、糖液の製造装置の水平型反応槽の他の一例を示す図である。
【図７】図７は、糖液の製造装置の垂直型反応槽の他の構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態に係る糖液の製造装置を示す概念図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る糖液の製造装置を示す概念図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る糖液の製造装置を示す概念図である。
【図１１】図１１は、糖液の製造装置の他の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００１７】
［第１の実施形態］
＜糖液の製造装置＞
本発明の第１の実施形態に係る糖液の製造装置（糖液製造装置）について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置の一部を切り欠いた図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図１に示すように、糖液製造装置１０Ａは、水平型反応槽（横型反応槽）１１と、ジャケット（加温部）１２と、垂直型反応槽（縦型反応槽）１３と、糖化スラリー供給ラインＬ１１とを有する。
【００１８】
なお、水平型反応槽１１とは、内部に設けられる攪拌軸が水平方向に設けられている反応槽をいう。垂直型反応槽１３とは、内部に設けられる攪拌軸が垂直方向に設けられている反応槽をいう。
【００１９】
（水平型反応槽）
図１〜図３に示すように、水平型反応槽１１は、攪拌軸２１と、攪拌翼２２とを備えている。
【００２０】
攪拌軸２１は、水平型反応槽１１の内部に水平方向に設けられている。攪拌翼２２は、攪拌軸２１に所定間隔で設けられている。攪拌軸２１は、モータ（駆動装置）２４により回転し、水平型反応槽１１内に供給されたセルロース含有バイオマス２６を攪拌する。攪拌軸２１および攪拌翼２２の回転数は、モータ２４により制御される。
【００２１】
水平型反応槽１１は、水平型反応槽１１の一端側にバイオマス導入口２５が設けられている。セルロース含有バイオマス２６、水２７およびｐＨ調整剤２８が、バイオマス導入口２５から水平型反応槽１１内に供給される。
【００２２】
セルロース含有バイオマス２６のバイオマス種は、セルロースおよびヘミセルロース（以下、セルロースとヘミセルロースの総称として「セルロース」という。）、芳香族高分子であるリグニン等を含有するものであり、セルロースを５質量％以上含む生物由来の資源であればよく特に限定されない。また、セルロース含有バイオマス２６は、セルロースの他に芳香族高分子であるリグニン等を含有していることから、リグノセルロースとも呼ばれる。セルロースを５質量％以上含む生物由来の資源であればよく特に限定されない。バイオマス種としては、具体的には、例えば、バガス、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、コーンストーバー、稲わら、麦わら、ＥＦＢ（油椰子空果房）、籾殻などの草本系バイオマス、樹木、廃建材などの木質系バイオマスなどが挙げられる。また、セルロース含有バイオマス２６は主にセルロース成分、ヘミセルロース成分、リグニン成分、無機成分に大別され、それぞれの成分比率はバイオマス種・生育条件により大きく異なるため、特に限定されない。
【００２３】
また、セルロース含有バイオマス２６は、水平型反応槽１１に供給される前に予め前処理しておくことが好ましい。セルロース含有バイオマス２６を前処理しておくことで糖化酵素による加水分解効率を向上させることができる。セルロース含有バイオマス２６の前処理方法は、特に限定されるものではなく、従来より公知の前処理方法を用いることができる。前処理方法としては、例えば、水熱処理、アンモニア処理、アルカリ処理、希硫酸処理などの熱化学処理、微粉砕処理、爆砕処理、酸処理、硫酸処理、苛性ソーダ処理、亜臨界水処理、蒸煮処理などが挙げられるが、これらのいずれを用いてもよいし、これらを組合せて使用してもよい。
【００２４】
水２７は、井戸水、工業用水、水道水、河川水、プロセス排水、プロセス再生水など特に限定されず、これらの混合水であってもよい。
【００２５】
ｐＨ調整剤２８は、通常酸やアルカリなどを使用するのが経済的見地から好ましい。添加剤が酸またはアルカリであるかは前処理方法に依存する。例えば、水熱処理、希硫酸処理、爆砕処理、酸処理、硫酸処理、亜臨界水処理、蒸煮処理などはアルカリ剤であるし、例えば、アンモニア処理、アルカリ処理などは酸である。アルカリは、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カルシウムなどが例示できる。酸は、硫酸、塩酸、リン酸、酢酸などの有機酸などが例示できる。また、前処理物中にセルロース含有バイオマス２６由来の有機酸塩などが少ない場合は、ｐＨ制御が難しいため、酢酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムなどの緩衝剤を添加しても構わない。
【００２６】
水平型反応槽１１は、バイオマス導入口２５よりもセルロース含有バイオマス２６の流れ方向の下流側に酵素供給通路３１が接続されている。水平型反応槽１１は、酵素供給通路３１から水平型反応槽１１内に糖化酵素３２が供給される。酵素供給通路３１がバイオマス導入口２５よりも下流側に接続されているのは、特に、ｐＨ調整していないセルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２が反応した場合、糖化酵素３２が失活してしまい糖化反応が進行しない場合があるからである。なお、セルロース含有バイオマス２６のｐＨが４以上６以下で調整されたものである場合には、水平型反応槽１１に酵素供給通路３１が設けられる必要はなく、バイオマス導入口２５から糖化酵素３２を供給してもよい。
【００２７】
糖化酵素３２は、セルロース又はヘミセルロースを分解する活性を有する、あるいはセルロース又はヘミセルロースの分解を補助する酵素成分のことをいう。酵素成分として、具体的には、セルビオハイドロラーゼ、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、βグルコシダーゼ、キシラナーゼ、キシロシダーゼ、バイオマス膨潤酵素などを挙げることができる。糖化酵素３２は、これら１種又は複数種類を用いてもよい。また、本実施形態においては、セルロース、ヘミセルロースの加水分解は複数の酵素成分の協奏効果あるいは補完効果により効率よく行うことができるため、糖化酵素３２は上記の酵素成分の複数種を含む酵素混合物であることが好ましい。
【００２８】
また、糖化酵素３２は微生物により産生されるものでも好適に用いることができる。例えば、糖化酵素３２は一種の微生物が産生する複数の酵素成分を含むものであってもよいし、複数の微生物から産生される酵素成分の混合物を含むものであってもよい。糖化酵素３２を産生する微生物は、糖化酵素を細胞内又は細胞外に産生する微生物であって、好ましくは細胞外に糖化酵素を産生する微生物である。細胞外に産生する微生物の方が糖化酵素回収が容易だからである。
【００２９】
糖化酵素３２を産生する微生物は上記の酵素成分を産生するものであれば特に限定されない。特にトリコデルマ属、アクレモニウム属に分類される糸状菌は細胞外に多種の糖化酵素を大量に分泌するので、糖化酵素３２を産生する微生物として特に好適に用いることができる。
【００３０】
糖化酵素３２は、未使用の糖化酵素であってもよいし、後述するように、固液分離装置７１で回収した糖化酵素を再使用してもよい。糖化酵素３２の使用量、特に未使用の糖化酵素の使用量を削減するという観点から、回収された糖化酵素と未使用の糖化酵素との両方を混合して使用することが好ましい。
【００３１】
セルロース含有バイオマス２６、水２７、ｐＨ調整剤２８および糖化酵素３２の供給方法は、特に限定されるものではないが、ポンプで定量かつ連続的に供給することが好ましい。
【００３２】
セルロース含有バイオマス２６、水２７、ｐＨ調整剤２８および糖化酵素３２は、水平型反応槽１１内で混合して反応することでスラリー状の糖化スラリー３３が生成される。
【００３３】
水平型反応槽１１は、バイオマス導入口２５とは反対側であって、水平型反応槽１１内のセルロース含有バイオマス２６の流れ方向の下流側に糖化スラリー排出口３４が設けられている。水平型反応槽１１は、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２とを攪拌しながら、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２とを反応させて糖化スラリー３３を生成する。糖化スラリー３３は、糖化スラリー排出口３４を通って水平型反応槽１１から排出される。
【００３４】
（ジャケット）
ジャケット１２は、水平型反応槽１１の壁面１１ａに設けられている。ジャケット１２は、水平型反応槽１１内を外側から温めている。ジャケット１２は、内部を温水（熱媒体）が通ることが可能な中空体である。また、ジャケット１２は壁面１１ａに設けられている。
【００３５】
また、ジャケット１２は、内部を温水が通ることが可能な中空体としているが、これに限定されるものではなく、ジャケット１２は内部に電気ヒーターなど加熱源を備えるものや内部に蒸気を極少量ずつ、または間欠的に供給するなど水平型反応槽１１を外部から加温することができるものであればよい。
【００３６】
また、本実施形態では、ジャケット１２は壁面１１ａに設けられているが、これに限定されるものではなく、水平型反応槽１１内を外側から温める方式であればよく、水平型反応槽１１の全体を覆うように設けられていてもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、水平型反応槽１１を加温するため、ジャケット１２を用いているが、これに限定されるものではく、通水管または棒状ヒーターなどを水平型反応槽１１の外周に巻いた方式など水平型反応槽１１を加温することができるものであればよく、特に限定されるものではない。
【００３８】
本実施形態では、セルロース含有バイオマス２６を糖化する際に、水平型反応槽１１内を加温することで糖化液４１を得るための一連の糖化反応時間を短縮することができる。特に、ジャケット１２と攪拌軸２１とを加温することで糖化反応時間を短縮すると共に、糖化スラリー３３の粘度を低下させることができる。
【００３９】
水平型反応槽１１内の温度は、ジャケット１２により制御される。温水３５は、ジャケット用温水供給通路３６からジャケット１２内を通過してジャケット用温水排出通路３７へ供給される。温水３５は、温度および温水供給速度が設定でき、水平型反応槽１１内の温度に応じて適宜調整することができる。水平型反応槽１１内の温度は、糖化酵素３２が有効に働くようにするため、３７℃以上であることが好ましく、より好ましくは４０℃以上６０℃以下であり、さらにより好ましくは４５℃以上５５℃以下である。水平型反応槽１１内の温度が４０℃以上の場合には、糖化酵素３２の至適温度であると同時に、糖により増殖するカビなどの雑菌が繁殖し難いからである。また、水平型反応槽１１内の温度が６０℃を超えた場合には、糖化酵素３２が失活するためである。なお、本実施形態においては、水平型反応槽１１内の温度はジャケット１２により制御されるが、これに限定されるものではなく、水平型反応槽１１を外部から加温する方式であればよい。
【００４０】
また、水平型反応槽１１内でセルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２とを反応させる反応時間は、５分〜４時間の範囲であることが好ましく、より好ましくは１０分〜１時間の範囲である。反応時間が５分未満の場合には、十分な糖化および粘度の低下が起きず、糖化スラリー排出口３４より排出される糖化スラリー３３の送液や攪拌に障害を引き起こす可能性があるからである。一方、反応時間が４時間を超えると、排出される糖化スラリー３３が固体分と液体分とに分かれてしまい、排出物が液成分主体となり、糖化スラリー３３の固体分のみが残存し、糖化スラリー３３を連続的に排出することが困難になる可能性があるからである。水平型反応槽１１での反応時間は、セルロース含有バイオマス２６の供給速度、せき止め部３８、攪拌軸２１および攪拌翼２２の回転数などにより制御される。
【００４１】
セルロース含有バイオマス２６、水２７、ｐＨ調整剤２８および糖化酵素３２を混合する順番は、特に限定されるものではなく、次のような方法がある。例えば、セルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８とを混合した後、水２７を混合し、糖化酵素３２を混合する方法、セルロース含有バイオマス２６と水２７とを混合した後、ｐＨ調整剤２８と糖化酵素３２とを、ｐＨ調整剤２８と糖化酵素３２との順に混合する方法、ｐＨ調整剤２８を水２７で希釈した溶液にセルロース含有バイオマス２６を混合した後、糖化酵素３２を混合する方法、セルロース含有バイオマス２６、ｐＨ調整剤２８、水２７および糖化酵素３２を同時に混合する方法などがある。本実施形態では、セルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８とを混合した後、水２７を混合し、糖化酵素３２を混合する方法が好ましい。具体的には、水平型反応槽１１内に、セルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８とが供給された後、セルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８との混合物に最低限の流動性を与えるために水２７が供給される。
【００４２】
水平型反応槽１１内のセルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８と水２７とを攪拌混合してセルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８と水２７との混合液とする。この混合液のｐＨは、好ましくは３以上７以下の範囲内であり、より好ましくはｐＨ４以上６以下の範囲内である。混合液のｐＨを上記範囲内とすることで、糖化酵素３２が好適に働くことができる。また、混合液のｐＨは加水分解の過程でｐＨの変化が起きるため、酸あるいはアルカリを用いて一定ｐＨを保持するように調整して行うことが好ましい。
【００４３】
次に、混合液のｐＨを調整した後、酵素供給通路３１から水平型反応槽１１内に糖化酵素３２が供給され、セルロース含有バイオマス２６、水２７およびｐＨ調整剤２８を含む混合液と糖化酵素３２とを反応させて、糖化反応を行う。これにより、セルロース含有バイオマス２６の加水分解物が得られる。この加水分解物は、後述する糖液７２と固形物とを含む糖化液４１である。なお、水平型反応槽１１内のセルロース含有バイオマス２６の攪拌状態によっては水平型反応槽１１内に水２７を添加しなくてもよい。
【００４４】
セルロース含有バイオマス２６は、ｐＨ調整剤２８および水２７および糖化酵素３２を含んだ反応物として糖化スラリー排出口３４から糖化スラリー３３として排出される。糖化スラリー排出口３４から糖化スラリー３３が連続排出されるためには、駆動装置２４により攪拌軸２１および攪拌翼２２の回転数を調整する。これにより、水平型反応槽１１の中でセルロース含有バイオマス２６の滞留部が発生せず、セルロース含有バイオマス２６、水２７およびｐＨ調整剤２８の混合スラリーが糖化酵素３２との反応によって糖化スラリー３３の粘度が急激に低下することを抑制することができる。
【００４５】
また、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２との糖化反応は、熱化学処理が施されたセルロース含有バイオマス２６の乾燥質量が糖化スラリー３３の総質量に対して１５質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。熱化学処理が施されたセルロース含有バイオマス２６の乾燥質量が５０質量％を超えると、水平型反応槽１１を用いてもスラリー化が行えず糖化反応が進まないからである。
【００４６】
また、水平型反応槽１１は、糖化スラリー排出口３４にせき止め部３８が設けられている。せき止め部３８は、糖化スラリー排出口３４の周囲をせき止め部３８と水平型反応槽１１の壁面１１ａとで囲うようにして設けられる板状の部材である。せき止め部３８は、糖化スラリー３３の流れをせき止めるようにしている。せき止め部３８は、糖化スラリー排出口３４付近にあればよく、なお、本実施形態では、せき止め部３８は、水平型反応槽１１の糖化スラリー３３の移動方向と同方向に設けられているが、これに限定されるものではなく、水平型反応槽１１の垂直方向に設けられていてもよく、せき止め部３８の設置箇所は、特に限定されるものではない。
【００４７】
本実施形態では、糖化スラリー３３を糖化スラリー排出口３４から排出するに当たり、糖化スラリー３３が固体分と液体分とに分かれて、連続的に糖化スラリー３３を排出することが困難にならないように、せき止め部３８の高さを調節する。せき止め部３８の高さを連続的に排出可能な高さにすることで、糖化スラリー３３を連続的かつ安定的に糖化スラリー排出口３４から排出することができる。
【００４８】
糖化スラリー供給ラインＬ１１は、水平型反応槽１１と垂直型反応槽１３とを接続している。糖化スラリー３３は、水平型反応槽１１から糖化スラリー供給ラインＬ１１を通って垂直型反応槽１３に供給される。
【００４９】
また、水平型反応槽１１は設置面に対して水平に設置しているが、水平型反応槽１１は糖化スラリー排出口３４方向の下側に所定角度（例えば、１°〜１０°）傾けるようにしてもよい。これにより、セルロース含有バイオマス２６の移動効率を向上させることができる。
【００５０】
（垂直型反応槽）
垂直型反応槽１３は、糖化スラリー３３を糖化して糖化液４１を生成する槽である。垂直型反応槽１３は、内部に攪拌翼４２を備えている。攪拌翼４２は、縦型攪拌駆動装置（縦型攪拌モーター）４３により駆動される。糖化スラリー３３は、攪拌翼４２により攪拌され、垂直型反応槽１３内で糖化反応が継続して行われる。これにより、糖化スラリー３３は糖化液４１となる。
【００５１】
糖化スラリー３３は、垂直型反応槽１３で上部側から底部側に移動しながら攪拌されている。このため、垂直型反応槽１３は、糖化スラリー３３を水平型反応槽１１で攪拌させながら移動させるのに比べて動力を低減することができ、糖化スラリー３３を水平型反応槽１１で保持する場合に比べて動力を低減できるため、設備費を低減することができる。また、糖化スラリー３３は低粘度であり、流動性が良いため、水平型反応槽１１で水平型攪拌を行う必要がなく、次工程への移液時などでも抜き出しがしやすい。
【００５２】
垂直型反応槽１３での糖化スラリー３３の糖化反応の時間は、１時間以上７２時間以下であることが好ましく、より好ましくは４時間以上２４時間以下である。
【００５３】
糖化液４１は、垂直型反応槽１３の底部から排出される。糖化液４１の排出方法は特に限定されず、糖化液４１を連続的または間欠的に排出してもよい。例えば、糖化液４１を連続的に排出する場合は、垂直型反応槽１３を多段に配置して連続撹拌槽リアクター（ＣＳＴＲ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｓｔｉｒｒｅｄ  Ｔａｎｋ  Ｒｅａｃｔｏｒ）のような反応形態をとってもよい。また、糖化液４１を間欠的に排出する場合は、上記のような反応時間で各バッチごとに排出する方法、または垂直型反応槽１３の後段に固液分離装置を備えている場合は、固液分離装置のバッチ処理時間に合わせて排出する方法などがある。従って、セルロース含有バイオマス２６を垂直型反応槽１３で垂直方向に進行させる速度は極めて遅くてもよく、場合によっては間欠的であってもよい。
【００５４】
このように、糖液製造装置１０Ａは、水平型反応槽１１と、ジャケット１２と、垂直型反応槽１３とを備え、水平型反応槽１１でセルロース含有バイオマス２６、水２７、ｐＨ調整剤２８および糖化酵素３２を混合して糖化スラリー３３を生成し、垂直型反応槽１３で糖化スラリー３３から糖化液４１を生成している。糖液製造装置１０Ａは、水平型反応槽１１と垂直型反応槽１３との２段階で、セルロース含有バイオマス２６の糖化反応を行うことにより、高濃度の糖化液４１を低コストかつ短時間で効率よく製造することができる。また、２段階で糖化反応を行うことで、垂直型反応槽１３において糖化液４１の固形分濃度を１５質量％以上の高濃度で糖化反応を行うことができる。そのため、糖液製造装置１０Ａは、従来の垂直型反応槽において見られた高濃度での糖化反応に伴う糖化率の低下がなく、より高濃度で糖化反応を行うことができるため、短時間で糖化反応を進行させることができる。
【００５５】
すなわち、従来のように、垂直型反応槽１３だけでセルロース含有バイオマス２６の糖化反応を行っていた場合、垂直型反応槽１３だけではセルロース含有バイオマス２６の固形分濃度が高いと、セルロース含有バイオマス２６または糖化スラリー３３の粘度が高くなるか固形状となり、酵素反応が進まない場合があり、攪拌翼４２の負荷が高くなってしまう。この結果、従来では、糖化液４１の固形分濃度は１５質量％程度までしか上げることができず、高濃度の糖化液４１を得ることは困難であった。これに対し、糖液製造装置１０Ａは、水平型反応槽１１と垂直型反応槽１３とをセルロース含有バイオマス２６の流通方向に対して直列に組み合わせる。まず、水平型反応槽１１で、槽内を所定の温度に保持しつつセルロース含有バイオマス２６を水平方向に進行させながら糖化酵素３２により糖化してスラリー化して、セルロース含有バイオマス２６を垂直方向に進行させる前に予めスラリー化して低粘度の糖化スラリー３３とする。これにより、次の垂直型反応槽１３で糖化する際の反応効率を向上させることができる。その後、更に垂直型反応槽１３で、糖化スラリー３３を垂直方向に進行させながら更に糖化反応を進行させ、２段階で糖化反応を行うようにする。セルロース含有バイオマス２６を垂直方向に進行させて糖化反応を進行させる前に予めスラリー化して糖化スラリー３３としておくことで、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２との反応効率を向上させることができる。また、糖化スラリー３３は低粘度であるため、垂直型反応槽１３で高濃度に糖化することができる。この結果、糖液製造装置１０Ａは、セルロース含有バイオマス２６と糖化酵素３２とを効率よく反応させることができるため、高濃度の糖化液４１を低コストで効率よく製造することができる。
【００５６】
従って、糖液製造装置１０Ａは、従来のような垂直型反応槽のみで糖化する場合に比べて、糖化液４１の固形分濃度を高濃度で、かつ高効率で糖化反応を連続的に行うことができ、糖化反応の糖化効率を向上させることができるため、糖化液４１及び発酵産物の濃縮コストを削減することができる。また、糖液製造装置１０Ａの小型化が可能となり、反応時間短縮による設備費の低減が可能になる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、ジャケット１２が水平型反応槽１１を加温するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、攪拌軸２１の内部を温水の通水が可能な中空体として攪拌軸２１が加温されるようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態においては、水平型反応槽１１はせき止め部３８を有しているが、これに限定されるものではなく、糖化スラリー３３の排出が安定している場合には、水平型反応槽１１はせき止め部３８を特に備えていなくてもよい。
【００５９】
また、本実施形態においては、水平型反応槽１１にのみ糖化酵素３２を供給するようにしているが、これに限定されるものではなく、図４に示すように、垂直型反応槽１３は第２の酵素供給通路４４を備え、垂直型反応槽１３内部に糖化酵素４５を供給するようにしてもよい。水平型反応槽１１で糖化スラリー３３の糖化反応をさらに垂直型反応槽１３で加速することができる。
【００６０】
水平型反応槽１１に糖化酵素３２を供給し、垂直型反応槽１３に糖化酵素４５を供給する場合には、糖化酵素３２および糖化酵素４５は、種類が異なることが好ましい。すなわち、水平型反応槽１１で行われる糖化反応の初期段階では、糖化酵素３２により、セルロース、ヘミセルロースといった多糖類をオリゴ糖まで分解し、垂直型反応槽１３では、糖化酵素４５がオリゴ糖から単糖へ分解することで、糖化スラリー３３に含まれるセルロース含有バイオマス２６の糖化反応が促進される。
【００６１】
また、本実施形態においては、水平型反応槽１１は攪拌翼２２が攪拌軸２１の周方向全面に設けられているが、これに限定されるものではなく、攪拌翼２２は、攪拌軸２１の周方向の一部に切り欠きを有する切欠き部２２ａを有するようにしてもよい。攪拌翼２２に切欠き部２２ａを設けたときの一例を図５に示す。図５は、水平型反応槽１１を軸方向から見たときの断面図である。図５に示すように、攪拌翼２２は、切欠き部２２ａを有することにより、攪拌翼２２の切欠き部２２ａによってセルロース含有バイオマス２６が攪拌され、糖化酵素３２との反応効率が高まると同時に攪拌翼２２を介して糖化酵素３２の至適温度で反応を行うことができる。攪拌翼２２は、切欠き部２２ａを１つ設けるようにしているが、これに限定されるものではなく、切欠き部２２ａは２箇所以上であってもよい。また、攪拌翼２２は、切欠き部２２ａを有することにより、セルロース含有バイオマス２６および糖化酵素３２は新たに投入されるセルロース含有バイオマス２６に押されて糖化スラリー排出口３４の方向へ容易に移動することができる。このため、攪拌翼２２の切欠き部２２ａからセルロース含有バイオマス２６などが連続的に糖化スラリー排出口３４に向かって移動することができる。
【００６２】
また、本実施形態においては、水平型反応槽１１は攪拌軸２１を一つ備えているが、これに限定されるものではなく、水平型反応槽１１は攪拌軸２１を複数備えるようにしてもよい。水平型反応槽１１が攪拌軸２１を２つ備えたときの一例を図６に示す。図６は、攪拌軸２１を２つ備えたときの水平型反応槽１１を軸方向から見たときの断面図である。図６に示すように、水平型反応槽１１は、水平型反応槽１１の軸方向に対して水平方向に攪拌軸２１Ａ、２１Ｂを備えている。攪拌軸２１Ａ、２１Ｂは、攪拌軸２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ所定間隔を設けて複数の攪拌翼２２Ａ、２２Ｂを備えている。これより、水平型反応槽１１でセルロース含有バイオマス２６、水２７、ｐＨ調整剤２８および糖化酵素３２の混合効率を向上させることができるため、糖化スラリー３３の生成効率を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、垂直型反応槽１３の周囲に加温部を設けていないが、これに限定されるものではなく、垂直型反応槽１３は、その周囲に加温部を設けるようにしてもよい。加温部として、例えば、垂直型反応槽１３の壁面または周囲を覆うようにして設けられるジャケットなどが挙げられる。垂直型反応槽１３が壁面にジャケットを備えたときの一例を図７に示す。図７は、垂直型反応槽１３の他の構成の一例を示す図である。図７に示すように、垂直型反応槽１３は、壁面にジャケット４６を備えている。ジャケット４６は、内部に温水が通ることが可能な中空体である。ジャケット４６に通液する温水は、ジャケット１２と同様に、４０℃以上６０℃以下であることが好ましく、より好ましくは４５℃以上５５℃以下である。垂直型反応槽１３内の温度が４０℃以上の場合には、糖化酵素３２の至適温度であると同時に、糖により増殖するカビなどの雑菌が繁殖し難いからである。また、垂直型反応槽１３内の温度が６０℃を超えた場合には、糖化酵素３２が失活するためである。
【００６４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る糖液製造装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る糖液製造装置の構成は、上述の図１に示す本発明による第１の実施形態に係る糖液製造装置の構成と同様であるため、第１の実施形態に係る糖液製造装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る糖液製造装置を示す概念図である。図８に示すように、糖液製造装置１０Ｂの水平型反応槽５１は、中空攪拌軸５２と、中空回転体用温水供給通路５３と、中空回転体用温水排出通路５４とを有する。
【００６６】
中空攪拌軸５２は、内部を温水５５が通ることが可能な中空体である。
【００６７】
温水５５は、中空回転体用温水供給通路５３から中空攪拌軸５２に供給され、中空攪拌軸５２内を通って中空回転体用温水排出通路５４に排出される。
【００６８】
温水３５、５５は、それぞれ温度、温水供給速度が設定でき、水平型反応槽５１内の温度に応じて適宜調整することができる。温水３５、５５の温度は、同じでもよいし異なっていてもよい。特に、経済的見地から、温水３５、５５の温度は同じであることが好ましい。
【００６９】
また、セルロース含有バイオマス２６が前処理されている場合、セルロース含有バイオマス２６が前処理直後で熱い場合には、温度が５℃〜３５℃の常温の水または冷水を中空回転体用温水供給通路５３から中空攪拌軸５２に供給するようにしてもよい。
【００７０】
糖液製造装置１０Ｂは、ジャケット１２で水平型反応槽５１内の温度を調節する他に、中空攪拌軸５２内に温水５５を通すことで、水平型反応槽５１内の温度を調節している。これにより、糖液製造装置１０Ｂは、水平型反応槽５１内の温度の調整を容易に行うことができるため、セルロース含有バイオマス２６の温度をより安定して調節することができ、糖化スラリー３３をより安定して生成することができる。
【００７１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る糖液製造装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る糖液製造装置の構成は、上述の図１に示す本発明による第１の実施形態に係る糖液製造装置の構成と同様であるため、第１の実施形態に係る糖液製造装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００７２】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る糖液製造装置を示す概念図である。図９に示すように、糖液製造装置１０Ｃは、糖液製造装置１０Ａの構成に、更にバイオマス供給装置（バイオマス供給部）６１を備えている。
【００７３】
バイオマス供給装置６１は、ホッパー６２、フィーダ攪拌機６３、フィーダ攪拌機用モータ（フィーダ攪拌機駆動部）６４、移送機６５、移送機用モータ（移送機用駆動部）６６および固形分調整水供給通路６７を有する。
【００７４】
ホッパー６２は、セルロース含有バイオマス２６とｐＨ調整剤２８とが貯蔵される槽である。フィーダ攪拌機６３は、セルロース含有バイオマス２６、ｐＨ調整剤２８を混合するためのものであり、ホッパー６２内のセルロース含有バイオマス２６がブリッジするのを防ぐためのものである。フィーダ攪拌機用モータ６４は、フィーダ攪拌機６３を攪拌するものである。移送機６５は、セルロース含有バイオマス２６およびｐＨ調整剤２８を移送するためのものである。移送機６５は、特に限定されるものではなく、例えば、スクリューフィーダーまたはチェーンを利用したフライトベアなどが挙げられる。
【００７５】
本実施形態では、ｐＨ調整剤２８はホッパー６２内に供給して、水２７は固形分調整水供給通路６７内に供給し、それぞれ別々にセルロース含有バイオマス２６に混合するようにしているが、これに限定されるものではなく、水２７およびｐＨ調整剤２８は、ホッパー６２内に供給してもよいし、固形分調整水供給通路６７から供給してもよい。特に、水２７およびｐＨ調整剤２８をホッパー６２に供給する場合、水２７を多く添加してしまうと、バイオマス供給装置６１の詰まりや滞留を引き起こす可能性がある。そのため、ｐＨ調整剤２８は水２７と共に固形分調整水供給通路６７から供給するようにすることが好ましい。
【００７６】
よって、糖液製造装置１０Ｃは、バイオマス供給装置６１によりセルロース含有バイオマス２６、水２７およびｐＨ調整剤２８のいずれか２つ以上を移動させるようにしているため、セルロース含有バイオマス２６、水２７およびｐＨ調整剤２８の供給速度を安定して水平型反応槽１１に供給することができる。これにより、糖液製造装置１０Ｃは、セルロース含有バイオマス２６、水２７、ｐＨ調整剤２８および糖化酵素３２を定量的に水平型反応槽１１内に供給することができるため、水平型反応槽１１内でセルロース含有バイオマス２６を安定してスラリー化することができる。この結果、糖液製造装置１０Ｃは、セルロース含有バイオマス２６の糖化率、すなわち糖化スラリー３３の糖濃度を安定させることができるため、糖化スラリー排出口３４から排出される糖化スラリー３３の品質を安定させることができる。
【００７７】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る糖液製造装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る糖液製造装置の構成は、上述の図１に示す本発明による第１の実施形態に係る糖液製造装置の構成と同様であるため、第１の実施形態に係る糖液製造装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００７８】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る糖液製造装置を示す概念図である。図１０に示すように、糖液製造装置１０Ｄは、糖液製造装置１０Ａの構成に、更に、固液分離装置７１と、糖化液供給ラインＬ２１と、糖液排出ラインＬ２２と、糖化残渣排出ラインＬ２４と、温水供給ラインＬ２３とを有している。
【００７９】
固液分離装置７１は、糖化液４１から固形分を分離して糖液７２を得るものである。固液分離装置７１は糖化液４１から固形分を分離することができるものであればよい。固液分離装置７１としては、例えば、スクリューデカンタ、分離板式遠心分離機、シャープレス型遠心分離機、縦型遠心分離機などの遠心分離型、フィルタプレス、ニューマプレス（Ｐｎｅｕｍａｐｒｅｓｓ、登録商標）、加圧ろ過機、遠心ろ過機、スクリュープレス、ベルトプレスなどの加圧ろ過型、ベルトフィルター、プレコートフィルタ、ドラム型ろ過フィルター、真空ろ過フィルターなどの吸引ろ過型の装置などが挙げられる。これらの中でも、特に、糖液の回収率に優れ１回の固液分離でより多くの糖液成分を回収できると共に澄明なろ液を容易に得られるという観点から、固液分離装置７１としては、加圧ろ過型のフィルタプレスを用いることが好ましい。また、加圧ろ過型、吸引ろ過型の固液分離装置は、長期運転性の観点からろ布やフィルターの自動洗浄機能を備えていることが好ましい。洗浄の回数などは特に限定されない。
【００８０】
糖液７２は、セルロース由来のグルコースおよびヘミセルロース由来のキシロースを含有しているが、これらの混合比はセルロース含有バイオマス２６の前処理方法や前処理条件によって異なるため、特に限定されるものではない。また、前記物質以外にセルロースやヘミセルロースの分解時に生成するギ酸、酢酸といった有機酸や、高温処理によって糖から生成されるＨＭＦ、フルフラールなどを含んでいる可能性があることが特徴である。また、リグニン由来のバニリン、グアイアコール、クマル酸、フェルラ酸、またそれらの反応物などを含んでいる。
【００８１】
固形分は、セルロース含有バイオマス２６中のセルロース画分、ヘミセルロース画分のそれぞれが好ましくは５０％以上加水分解されたものであり、固形分の含水率は４０％以上８０％以下のものとなる。固液分離装置７１がフィルタプレスである場合には、固形分の含水率は５５％以下とすることができる。
【００８２】
また、固液分離装置７１がフィルタプレスである場合には、濾布を備えた濾室内に糖化液４１をポンプで圧入して脱水した後、ろ室中のダイアフラムを用いてケークを圧搾し、さらに脱水することが好ましい。固液分離装置７１が濾布を備えた濾室内に圧入して脱水した糖化液４１をダイアフラムを用いてケークを高圧で圧搾する場合、圧搾圧力は、固形分の圧縮率がバイオマス原料の前処理方法、バイオマス種、バイオマスの酵素糖化効率、かさ密度などに影響を大きく受けるため、特に限定されるものではなく、適宜調整される。圧搾圧力は、バイオマス原料の前処理方法、バイオマス種、バイオマスの酵素糖化効率、かさ密度などを行った場合を考慮して、例えば、０．０５ＭＰａ以上であるのが好ましく、より好ましくは０．５ＭＰａ以上である。圧搾圧力が高いほど固形分の含水率を低くすることができ、糖液７２の収率が改善する。そのため、圧搾圧力を０．０５ＭＰａ以上とすることで、糖液７２の収率を改善することができる。また、圧搾することによって固形分を燃焼させてエネルギーを回収する場合において、固形分の燃焼効率が向上してより高いエネルギーを得ることが可能となる。
【００８３】
糖化液供給ラインＬ２１は、垂直型反応槽１３と固液分離装置７１とを連結している。垂直型反応槽１３から排出された糖化液４１は、糖化液供給ラインＬ２１を通って固液分離装置７１に供給される。糖化液供給ラインＬ２１は、その途中に調節弁Ｖ１１と、調節弁Ｖ１１よりも下流側に設けた糖化液供給ポンプＰ１１とが設けられている。糖化液４１の供給量は、調節弁Ｖ１１または糖化液供給ポンプＰ１１の周波数により調整される。なお、送液方法は、ポンプによるものである必要はなく、例えば圧縮気体を用いた圧送方式をとってもよい。すなわち垂直型反応槽１３と固液分離装置７１との圧力差を用いて糖化液４１を送るようにしてもよい。また、糖化液供給ラインＬ２１には、緩衝槽又は供給槽などが設けられていてもよい。
【００８４】
糖液排出ラインＬ２２は、固液分離装置７１の透過側と連結されている。固液分離装置７１で糖化液４１から固形分が分離された糖液７２は、固液分離装置７１から糖液排出ラインＬ２２を通って排出される。糖液排出ラインＬ２２は、その途中に調節弁Ｖ１２と、調節弁Ｖ１２よりも後流側に設けた糖液供給ポンプＰ１２とが設けられている。糖液７２の供給量は、調節弁Ｖ１２または糖液供給ポンプＰ１２の周波数により調整される。なお、糖液７２の送液方法は、ポンプによるものである必要はなく、上述の圧送方式でもよいし、糖液そのものの重力による自然落下で移送されてもよい。
【００８５】
温水供給ラインＬ２３は、温水供給槽７３と固液分離装置７１の非透過側とを連結している。温水供給槽７３は、固液分離装置７１に供給される温水７４を貯留するための槽である。温水７４が温水供給ラインＬ２３を通って固液分離装置７１に供給される。温水供給ラインＬ２３は、その途中に調節弁Ｖ１３と、調節弁Ｖ１３よりも前流側に設けた温水供給ポンプＰ１３とが設けられている。温水７４の供給量は、調節弁Ｖ１３または温水供給ポンプＰ１３の周波数により調整される。なお、温水７４の送液方法は、ポンプによるものである必要はなく、上述の圧送方式でもよい。
【００８６】
温水供給ラインＬ２３から温水７４を固液分離装置７１内に供給すると、温水７４が媒体となって、固液分離装置７１で糖化液４１から分離した固形分は、固形分に吸着している糖化酵素３２と反応して加水分解が行われることにより糖液７２に変換される。これにより、より多くの糖液７２と糖化酵素３２を回収することができるため、投入する糖化酵素３２を軽減し効率よく使用することができると共に、糖液７２の生成量を向上させることができる。
【００８７】
温水７４を用いて固形分に吸着している糖化酵素３２と反応させて新たに生成された糖液７２は、固液分離装置７１から糖液排出ラインＬ２２を通過して排出される。
【００８８】
温水７４の添加量は、特に限定されないが、温水７４を固形分に吸着している糖化酵素３２と反応させて加水分解を行う際に、固形物濃度が１質量％〜２０質量％の範囲内になるよう添加することが好ましい。固形物濃度が２０質量％より多い場合又は１質量％より少ない場合には、糖液７２の生成量および糖化酵素３２の回収率の観点から、効率的でなく好ましくない。
【００８９】
温水７４の温度は、３０℃〜６０℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは４０℃〜５５℃の範囲であり、さらに好ましくは５０℃前後である。
【００９０】
温水７４と固形分に吸着している糖化酵素３２とを反応させて加水分解を行う時間は、１分〜１８０分の範囲であることが好ましい。１分未満であると、固形分に吸着している糖化酵素３２の回収効率が低く、１８０分以上行っても固形分に吸着している糖化酵素３２の回収効率が増加せず非効率的である。
【００９１】
温水７４のｐＨは６．０〜８．０の範囲であることが好ましく、より好ましくは５．０程度である。ｐＨが６．０未満であると、固形分に吸着している糖化酵素３２の回収率が低下し、ｐＨが８．０を越えると、糖化酵素３２の失活が起きるので好ましくない。そのため、ｐＨが６．０〜８．０の範囲内であれば、糖化酵素３２の失活を極力低減し、糖化酵素３２の回収効率を高くすることができる。
【００９２】
なお、固液分離装置７１で回収した糖化酵素３２は、再使用するようにしてもよい。糖化酵素３２の使用量、特に未使用の糖化酵素の使用量を削減するという観点から、回収された糖化酵素３２と未使用の糖化酵素との両方を混合して使用することが好ましい。また、垂直型反応槽１３に糖化酵素３２の回収効率を高くするためにセルロース含有バイオマス２６に吸着して遊離しないサイトをブロックするための吸着抑制剤を添加した後、垂直型反応槽１３に未使用の糖化酵素を添加することによって、糖化酵素３２の回収効率を向上させることができる。
【００９３】
固液分離装置７１への温水７４の供給時期は、特に限定されるものではないが、糖化液４１の固液分離をより効率的に行うという観点から、例えば、固液分離装置７１がフィルタプレスである場合には、温水７４は、脱水した糖化液４１をダイアフラムを用いてケークを圧搾してさらに脱水した後に供給するのがより好ましい。すなわち、糖化液４１を圧搾した後に温水７４を固液分離装置７１内に供給する方が固形分の体積が小さくなり、含水率も低下しているため、温水７４の使用量が低減し、さらに浸透効率が向上するからである。
【００９４】
糖化残渣排出ラインＬ２４は、固液分離装置７１の非透過側に連結されている。固液分離装置７１中に温水７４を供給した後に残留する固形分は、糖化残渣７５として、固液分離装置７１から糖化残渣排出ラインＬ２４を通って排出される。糖化残渣排出ラインＬ２４は、その途中に調節弁Ｖ１４と、調節弁Ｖ１４よりも下流側に設けた糖化残渣排出用ポンプＰ１４とが設けられている。糖化残渣７５の排出量は、調節弁Ｖ１４または糖化残渣排出用ポンプＰ１４の周波数により調整される。なお、糖化残渣７５は固形状のものであることが多いため、排出方法は配管やポンプなどよりも、固形物を移送するのに適したベルトコンベアーなどであることが好ましい。特に、固液分離装置７１がフィルタプレス、ニューマプレス（Ｐｎｅｕｍａｐｒｅｓｓ、登録商標）などの場合はろ布が移動したり、ろ布が動いたり、ろ布上にスクレーパーが移動することで糖化残渣７５を払い出した後、ベルトコンベアーなどで移送することが好ましい。
【００９５】
糖化液４１には糖液７２と固形物とが含まれ、固形物には未分解のセルロースまたはヘミセルロースといった多糖成分およびリグニンなどの本来、糖化酵素３２によっては分解できない成分が含まれている。さらに、固形物は比較的大量の糖化酵素３２を吸着した状態にある。そこで、固液分離装置７１は、糖化液４１を糖液７２と固形物とを分離して、糖液７２を得ると共に固形分を回収する。また、固液分離装置７１で糖化液４１から分離された固形分は、多糖成分と糖化酵素３２とを含んでいる。糖化液４１の固形物に含まれている多糖成分と糖化酵素３２とは、固液分離装置７１内に供給される温水７４に含まれ、糖液７２の生成に用いられる。糖液７２の生成に用いられなかった固形物の残渣は、糖化残渣７５として、糖化残渣排出ラインＬ２４により固液分離装置７１から排出される。
【００９６】
このように、糖液製造装置１０Ｄは、固液分離装置７１を備え、固液分離装置７１の非透過側に固形分を捕捉し、透過側に液成分である糖液７２を得る。糖液製造装置１０Ｄは、固液分離装置７１内に温水７４を供給することにより、固液分離装置７１中の固形分に吸着している糖化酵素３２と反応させて加水分解させることにより糖液７２を生成する。これにより、より多くの糖液７２を回収しつつ添加した糖化酵素３２を利用することができるため、新たに投入する糖化酵素３２を効率よく使用することができると共に、糖液７２を低コストで効率良く製造することができる。この結果、糖液製造装置１０Ｄは、上記第１〜第３の実施形態よりもセルロース含有バイオマス２６の糖化効率をさらに向上させることができ、セルロース含有バイオマス２６の糖化反応を短縮することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、温水７４は、固液分離装置７１に供給された後、糖液排出ラインＬ２２から排出するようにしているが、これに限定されるものではなく、固液分離装置７１の透過側に温水返送ラインを設け、温水７４を温水供給槽７３に供給して、温水７４を循環させて再利用するようにしてもよい。温水返送ラインを設けることにより、固液分離装置７１で使用される温水７４を温水供給槽７３に送給することができるため、固液分離装置７１で使用される温水７４を温水返送ラインを介して循環して再利用することにより温水７４の使用量を低減することができる。
【００９８】
この場合、循環使用した温水７４は、最終的に固液分離装置７１中の固形分を通過して糖液排出ラインＬ２２から糖液７２として全量を抜き出してもよいし、温水７４を固液分離装置７１と温水供給槽７３との間を循環させた後、糖液排出ラインＬ２２とは異なるラインから糖液７２として抜き出してもよい。
【００９９】
また、本実施形態では、糖液製造装置１０Ｄは、垂直型反応槽１３を１つとしているが、これに限定されるものではなく、垂直型反応槽１３を直列に複数設け、連続して糖化反応を行い、固液分離を行うようにしてもよい。図１１は、糖液製造装置１０Ｅの他の構成の一例を示す図である。図１１に示すように、糖液製造装置１０Ｅは、垂直型反応槽１３−１と垂直型反応槽１３−２とを直列に設けるようにしている。垂直型反応槽１３−１と垂直型反応槽１３−２とは、糖化液供給ラインＬ２１−１により連結され、垂直型反応槽１３−２と固液分離装置７１とは、糖化液供給ラインＬ２１−２により連結されている。垂直型反応槽１３−１から排出された糖化液４１Ａは、糖化液供給ラインＬ２１−１を通って垂直型反応槽１３−２に供給される。糖化液供給ラインＬ２１−１は、その途中に調節弁Ｖ１１−１と、調節弁Ｖ１１−１よりも下流側に設けた糖化液供給ポンプＰ１１−１とが設けられている。垂直型反応槽１３−２から排出された糖化液４１Ｂは、糖化液供給ラインＬ２１−２を通って固液分離装置７１に供給される。糖化液供給ラインＬ２１−２は、その途中に調節弁Ｖ１１−２と、調節弁Ｖ１１−２よりも下流側に設けた糖化液供給ポンプＰ１１−２とが設けられている。
【０１００】
糖液製造装置１０Ｅでも、糖液製造装置１０Ｄと同様、固液分離装置７１および糖化残渣排出ラインＬ２４を設けているため、垂直型反応槽を複数（本実施形態では、垂直型反応槽１３−１、１３−２の２台）設けても、垂直型反応槽１３−１、１３−２のそれぞれの槽での糖化スラリー３３の糖化反応を促進して、それぞれの垂直型反応槽１３−１、１３−２で垂直型反応槽１台分の糖化効率を維持しながら糖化スラリー３３の連続処理を可能にすることができる。この結果、糖液製造装置１０Ｅでも、糖液製造装置１０Ｄと同様、セルロース含有バイオマス２６の糖化効率をさらに向上させることができ、セルロース含有バイオマス２６の糖化反応を短縮することができる。
【０１０１】
また、本実施形態においては、糖化液供給ラインＬ２１、温水供給ラインＬ２３および糖化残渣排出ラインＬ２４をそれぞれ単独で固液分離装置７１に連結するようにしているが、これに限定されるものではなく、糖化液供給ラインＬ２１、温水供給ラインＬ２３および糖化残渣排出ラインＬ２４の少なくとも１つ以上を共用するようにしてもよい。固液分離装置７１が、例えば、フィルタプレスである場合、フィルタプレスの構成上、液体の供給口、排出口の数が限られる場合がある。そこで、糖化液供給ラインＬ２１、温水供給ラインＬ２３および糖化残渣排出ラインＬ２４の少なくとも１つ以上を共用することで、固液分離装置７１が、フィルタプレスのように、液体の供給口、排出口の数が限られる構成の槽であるような場合でも固液分離装置７１として用いる装置構成に応じて対応して糖化液４１の固液分離を効率よく行うことができる。
【０１０２】
本実施形態においては、糖化液４１を固液分離装置７１に供給して糖液７２を抜き出した後、温水７４を固液分離装置７１に供給して固液分離装置７１中の固形分に吸着している糖化酵素３２と反応させて糖液７２を生成するようにしている。そして、固形分から糖含有量を減らした後、糖化残渣７５として排出するようにしている。固液分離装置７１への糖化液４１及び温水７４の供給、糖液７２の抜き出しなどの順序は、特に限定されるものではなく、適宜調整することができる。
【０１０３】
なお、本実施形態においては、糖液製造装置として、本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置１０Ａを用いた場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、第２、第３の実施形態に係る糖液製造装置１０Ｂ、１０Ｃを用いてもよい。
【実施例】
【０１０４】
＜実施例１：糖化液の作製・分析＞
［Ａ．前処理したセルロース含有バイオマスの準備］
（１．セルロース系バイオマスの爆砕処理）
セルロース含有バイオマスとして、稲ワラを使用した。稲ワラ１００ｋｇをまず、ロータリーカッターミルＲＣＭ−４００型（奈良機械製作所製）にてスクリーンメッシュ径８ｍｍの状態で４２０ｒｐｍで回転させて粉砕した。次に、爆砕装置（反応容器３０Ｌ、日本電熱株式会社製）を用いて粉砕処理した稲ワラ２ｋｇを水蒸気爆砕処理した。その際の圧力は２．５ＭＰａ、処理時間は３分であった。
【０１０５】
（２．セルロース系バイオマスのアンモニア処理）
セルロース含有バイオマスとして、稲ワラを使用した。稲ワラ１ｋｇをまず、ロータリーカッターミルＲＣＭ−４００型（奈良機械製作所製）にてスクリーンメッシュ径８ｍｍの状態で４２０ｒｐｍで回転させて粉砕した。次に、オートクレーブ装置（反応容器３Ｌ、日東高圧株式会社製）を用いて粉砕処理した稲ワラ５００ｇをオートクレーブ内に純アンモニアガスを導入して、１２０℃、１０分の条件下で攪拌しながらアンモニア処理した。これを複数回行い、前処理バイオマスを約２０ｋｇ得た。
【０１０６】
［Ｂ．糖化液の作製］
上記［Ａ．前処理したセルロース含有バイオマスの準備］で得られた前処理バイオマスをそれぞれ乾燥質量で２ｋｇ分取し、それぞれ糖化反応を行った。水平型反応槽として奈良機械製作所製のブーノドライヤ（ホールド容量：約３０Ｌ）を用いて、連続的に糖化反応を行った。５０℃の温水はジャケットのみに供給し糖化反応を行った。ホールド量３０Ｌに合わせて反応時間を３０分として前処理バイオマス、ｐＨ調整剤（硫酸または水酸化ナトリウム水溶液）、酵素液（アクセルレースデュエット）、水を連続的に添加した。各々の添加速度は、ｐＨ調整剤はｐＨが４．８になるように添加し、酵素液は前処理バイオマスの乾燥質量１ｋｇに対して２００ｍＬを供給するように添加し、水の添加量はｐＨ調整剤および酵素液を含めて固形分濃度が１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％となるように添加して糖化反応を行った。その後、排出された糖化スラリー２０Ｌを分取して、垂直型反応槽として、ジャケット式の全容量２５Ｌの反応槽を用いて糖化反応を行った。糖化反応は、水平型反応槽であるブーノドライヤに最初の前処理バイオマスの添加を開始した時から６時間後、２４時間後に反応を停止した。
【０１０７】
［Ｃ．糖濃度の分析］
（１．糖の分析方法）
上記で得られた糖化液の糖濃度を測定した。得られた糖化液に含まれる糖濃度は、下記に示す高速液体クロマトグラフィー（High  Performance  Liquid  Chromatography：ＨＰＬＣ）条件で、標品との比較により定量した。結果を表１に示す。
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℃
【０１０８】
（２．固形分濃度の分析方法）
上記で得られた糖化液の固形分濃度を測定した。固形分濃度は、赤外線水分計（「ＦＤ−７２０」、ケット科学研究所製）を使用して、糖化液を含む試料を１２０℃の温度に保持し、蒸発後の安定値と初期値との差分から得られる値である含水率を測定し、１００ｗｔ％から含水率を差し引いた値を固形分濃度とした。結果を表１に示す。
【０１０９】
【表１】
2014131496.tif 000003
【０１１０】
表１の結果から、まず、前処理バイオマスを水平型反応槽で糖化した後、次に垂直型反応槽で糖化反応を行うことによって糖化反応効率が向上することが確認された。また、垂直型反応槽では高濃度で糖化反応を行えることが確認された。これにより、糖化反応槽の規模が縮小化され、設備費低減につなげることができる。
【０１１１】
＜実施例２：攪拌軸の保温＞
実施例１と同様の方法で、水平型反応槽としてブーノドライヤにおいてジャケットだけでなく、攪拌軸側にも５０℃の温水を通して、上記［Ａ．前処理したセルロース含有バイオマスの準備］で得られた前処理バイオマスに連続的に糖化反応を行った。水平型反応槽であるブーノドライヤに最初の前処理バイオマスの添加を開始してから６時間後、２４時間後に反応を停止し、糖濃度を測定した。結果を表２に示す。
【０１１２】
【表２】
2014131496.tif 000004
【０１１３】
表２の結果から、水平型反応槽の攪拌機に温水を通液して糖化反応をすることで、糖濃度の向上が確認され、さらに糖化反応を効率化できることが判明した。
【０１１４】
＜実施例３：ろ過型固液分離装置の併用＞
実施例２で得られた糖化液で、６時間後に糖化反応を止め、さらにろ過型固液分離装置としてフィルタプレス（アタカ大機製）を用いて固液分離を行った。固液分離後、５０℃の温水５Ｌをフィルタプレスに供給して圧搾を行い、糖化液と得られた糖液の総量と濃度を、上記「１．糖の分析方法」を用いて測定した。結果を表３に示す。
【０１１５】
【表３】
2014131496.tif 000005
【０１１６】
表３の結果から、得られた糖化液をフィルタプレスでろ過し、５０℃の温水を供給することで、フィルタプレスのろ室内で糖化反応が促進され、得られた糖の質量は、糖化液よりも収率が向上することが確認された。また、６時間程の糖化反応で、糖の収率は２４時間糖化後と同等の糖濃度を得ることができることが確認され、設備費が低減できることが示唆された。また、糖の質量としては、ろ過装置無しの場合は、バイオマス未分解分を１ｋｇと仮定し、液量が１９Ｌ、洗浄後は２４Ｌとして計算した。その結果、糖化残渣の温水洗浄を実施することで糖収率も向上することが確認された。
【０１１７】
＜比較例１＞
実施例１〜３と同様、上記［Ａ．前処理したセルロース含有バイオマスの準備］で得られた前処理バイオマスをそれぞれ乾燥質量で２ｋｇ分取し、垂直型反応槽として、ジャケット式の全容量２５Ｌの反応槽を用いて糖化反応を行った。糖化条件としては、爆砕バイオマスについては水酸化ナトリウムで、アンモニア処理バイオマスについては硫酸を使用して、ｐＨを４．８に調整した後、アクセルレースデュエット（ダニスコジャパン製）を４００ｍＬ添加した。固形分濃度は１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、２０ｗｔ％になるように水を添加してジャケットは温水を用いて５０℃に保って２４時間糖化反応を行った。最初の前処理バイオマスの添加を開始してから６時間後、２４時間後に反応を停止し、糖濃度を測定した。結果を表４に示す。
【０１１８】
【表４】
2014131496.tif 000006
【０１１９】
表４の結果から、何れの固形分濃度においても実施例１と比較して糖濃度が低いことが確認された。なお、固形分濃度が１５ｗｔ％、２０ｗｔ％の場合には、粘度が高すぎるため、反応初期では攪拌機が回らなかったが、１５ｗｔ％については５０分後、２０ｗｔ％については１５０分後に粘度が低下し、攪拌機が回るようになった。
【０１２０】
＜比較例２＞
実施例１〜３と同様、上記［Ａ．前処理したセルロース含有バイオマスの準備］で得られた前処理バイオマスをそれぞれ乾燥質量で２ｋｇ分取し、それぞれ糖化反応を行った。糖化槽としては、水平型反応槽として奈良機械製作所製のブーノドライヤ（ホールド容量：約３０Ｌ）を用いて連続的に糖化反応を行った。５０℃の温水はジャケットのみに供給し糖化反応を行った。ホールド量３０Ｌに合わせて反応時間を２４時間として前処理バイオマス、ｐＨ調整剤（硫酸または水酸化ナトリウム水溶液）、酵素液（アクセルレースデュエット）、水を連続的に添加した。反応は合計３日間運転した。各々の添加速度は、ｐＨ調整剤は糖化液のｐＨが４．８になるように添加し、酵素液は前処理バイオマスの乾燥質量１ｋｇに対して２００ｍＬを供給するように添加し、水の添加量はｐＨ調整剤および酵素液を含めて固形分濃度が１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％となるように添加して糖化反応を行った。
【０１２１】
それぞれ得られた糖液は、ブーノドライヤの底に固形分が蓄積して、安定的な糖液が得られなかった。また、最終的には底に蓄積した固形分によって攪拌機が回らなくなった。このように、水平型反応槽を用いるだけでは糖化は連続的に処理することはできなかった。よって、実施例１では、水平型反応槽および垂直型反応槽を共用することで、糖化効率をより向上させることができることが確認された。
【０１２２】
＜比較例３：水平型反応槽の保温なし＞
実施例１〜３と同様、上記［Ａ．前処理したセルロース含有バイオマスの準備］で得られた前処理バイオマスをそれぞれ乾燥質量で２ｋｇ分取し、それぞれ糖化反応を行った。糖化槽としては、水平型反応槽として奈良機械製作所製のブーノドライヤ（ホールド容量：約３０Ｌ）を用いて連続的に糖化反応を行った。ジャケットおよび攪拌軸には温水を通水せず温度制御なしに糖化反応を行った。外部の温度は２５度であった。ホールド量３０Ｌに合わせて反応時間を３０分として前処理バイオマス、ｐＨ調整剤（硫酸または水酸化ナトリウム水溶液）、酵素液（アクセルレースデュエット）、水を連続的に添加した。添加速度は、ｐＨ調整剤はｐＨが４．８になるように添加し、酵素液は前処理バイオマスの乾燥質量１ｋｇに対して２００ｍＬを供給するように添加し、水添加量はｐＨ調整剤および酵素液を含めて固形分濃度が１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％となるように添加して糖化反応を行った。その後、排出された糖化スラリー２０Ｌを分取して、垂直型反応槽として、ジャケット式の全容量２５Ｌの反応槽を用いて糖化反応を行った。糖化反応は、水平型反応槽であるブーノドライヤに最初の前処理バイオマスの添加を開始した時から６時間後、２４時間後に反応を停止し、糖濃度を測定した。結果を表５に示す。
【０１２３】
【表５】
2014131496.tif 000007
【０１２４】
表５の結果から、何れの固形分濃度においても実施例１、２と比較して糖濃度が低いことが確認された。また、垂直型反応槽での糖化の際に固形分濃度２０ｗｔ％、３０ｗｔ％においては、攪拌機がそれぞれ１時間、２時間は、粘度が高すぎて回らない現象が起きた。このように、実施例１、２との比較から水平型反応槽の温度制御が糖化反応に極めて重要であることが判明した。
【符号の説明】
【０１２５】
１０Ａ〜１０Ｅ  糖液の製造装置（糖液製造装置）
１１、５１  水平型反応槽
１１ａ  壁面
１２、４６  ジャケット（加温部）
１３  垂直型反応槽
２１、２１Ａ、２１Ｂ、５２  攪拌軸
２２、２２Ａ、２２Ｂ、４２  攪拌翼
２２ａ  切欠き部
２４  モーター（駆動装置）
２５  バイオマス導入口
２６  セルロース含有バイオマス
２７  水
２８  ｐＨ調整剤
３１、４４  酵素供給通路
３２、４５  糖化酵素
３３  糖化スラリー
３４  糖化スラリー排出口
３５、５５、７４  温水
３６  ジャケット用温水供給通路
３７  ジャケット用温水排出通路
３８  せき止め部
４１  糖化液
４３  縦型攪拌駆動装置（縦型攪拌モーター）
５２  中空攪拌軸
５３  中空回転体用温水供給通路
５４  中空回転体用温水排出通路
６１  バイオマス供給装置（バイオマス供給部）
６２  ホッパー
６３  フィーダ攪拌機
６４  フィーダ攪拌機用モータ（フィーダ攪拌機駆動部）
６５  移送機
６６  移送機用モータ（移送機用駆動部）
６７  固形分調整水供給通路
７１  固液分離装置
７２  糖液
７３  温水供給槽
７５  糖化残渣
Ｌ１１  糖化スラリー供給ライン
Ｌ２１、Ｌ２１−１、Ｌ２１−２  糖化液供給ライン
Ｌ２２  糖液排出ライン
Ｌ２３  温水供給ライン
Ｌ２４  糖化残渣排出ライン
Ｐ１１  糖化液供給ポンプ
Ｐ１２  糖液供給ポンプ
Ｐ１３  温水供給ポンプ
Ｐ１４  糖化残渣排出用ポンプ
Ｖ１１〜Ｖ１４  調節弁
【図１】
2014131496.tif 000008
【図２】
2014131496.tif 000009
【図３】
2014131496.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014131496.tif 000015
【図９】
2014131496.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
2014131496.tif 000018