(57)【要約】  セルロース含有バイオマスを希硫酸処理して糖液を製造する方法において、以下の工程（１）〜（４）により、通常の希硫酸処理よりも高い処理効果が得られる。工程（１）：セルロース含有バイオマスに対して希硫酸処理を行い、希硫酸処理液とセルロース含有固形分に分離する工程。工程（２）：前記セルロース含有固形分にセルラーゼを添加して加水分解することで糖液を得る工程。工程（３）：前記希硫酸処理液をｐＨ２．５以下でナノ濾過膜に通じて濾過し、非透過液として糖濃縮液を分離し、透過液として硫酸水溶液を回収する工程。工程（４）：工程（３）で得られた硫酸水溶液の全量または一部を工程（１）の希硫酸処理で再利用する工程。【選択図】なし【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方法であって、以下の工程（１）〜（４）を含むことを特徴とする、糖液の製造方法。
工程（１）：セルロース含有バイオマスに対して希硫酸処理を行い、希硫酸処理液とセルロース含有固形分に分離する工程。
工程（２）：前記セルロース含有固形分にセルラーゼを添加して加水分解することで糖液を得る工程。
工程（３）：前記希硫酸処理液をｐＨ２．５以下でナノ濾過膜に通じて濾過し、非透過液として糖濃縮液を分離し、透過液として硫酸水溶液を回収する工程。
工程（４）：工程（３）で得られた硫酸水溶液の全量または一部を工程（１）の希硫酸処理で再利用する工程。
【請求項２】
工程（３）で得られた硫酸水溶液を逆浸透膜に通じて濾過して、非透過液として硫酸を濃縮する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の糖液の製造方法。
【請求項３】
工程（３）のナノ濾過膜の分画分子量が３００以下であ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方法。
【請求項４】
前記硫酸水溶液が、有機酸、フラン系化合物および芳香族化合物からなる群から選択される１種または２種以上の化合物を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の糖液の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の糖液の製造方法によって得られる糖液を製造する工程および該工程により得られた糖液を発酵原料として化学品を生産する能力を有する微生物を培養する工程を含む、化学品の製造方法。
【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製造において硫酸を分離膜により回収再利用する工程を含む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、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が、今後の世界人口の増加による食用原料価格の高騰、あるいは食用と競合するという倫理的な側面から、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より効率的に糖液を製造するプロセス、あるい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。セルロース含有バイオマスから糖液を製造するプロセスの代表例として、セルロース含有バイオマスの希硫酸による酸処理がある。本処理は、五炭糖であるキシロースを含む希硫酸処理液とセルロース画分に分離し、セルロース画分についてさらに酵素処理して六炭糖であるグルコースを得る手法（非特許文献１）で、スケールアップが進んでおり、実用化に近い方法であると言われている。しかしながら、希硫酸処理法で得られるキシロースを発酵原料として利用するためには、キシロースと硫酸の分離が必要となり、その場合、硫酸を石膏の形で沈殿させるため、廃棄物コストや環境負荷の低減に係るコストが必須となってしまい、低コスト化の課題が残されている（非特許文献２、３）。【０００４】
こうしたコスト要因である硫酸の処理コストを低減する課題に対して、例えば硫酸の回収が挙げられる。硫酸の回収には例えば、硫酸塩からバイポーラ膜および陽イオン交換膜で電気透析により回収する方法（特許文献１）、陰イオン選択性膜および硫化水素のストリッピングを用いて方法（特許文献２）、などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−５８６０１号公報
【特許文献２】特表２００８−５２９９４６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A. Adenら、“Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover”NREL Technical Report (2002)
【非特許文献２】Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol. 30, No. 5
【非特許文献３】産総研ＴＯＤＡＹ  ２００９年７月号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の手法に従ってセルロース含有バイオマスの希硫酸処理液から硫酸を回収する場合では電力費・膜消耗品費が高いこと、さらには硫酸濃度が低い場合には硫酸回収効率が悪いといった課題があった。したがって、本発明は、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理による糖液製造プロセスから硫酸を効率的に回収することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するべく、本発明者は鋭意研究した結果、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理によって得られる希硫酸処理液をナノ濾過膜に通じて濾過することによって、希硫酸処理に使用する硫酸を効率よく回収できることを見出した。【０００９】
すなわち、本発明は以下の［１］から［５］で構成される。
［１］セルロース含有バイオマスから糖液を製造する方法であって、以下の工程（１）〜（４）を含むことを特徴とする、糖液の製造方法。
工程（１）：セルロース含有バイオマスに対して希硫酸処理を行い、希硫酸処理液とセルロース含有固形分に分離する工程。
工程（２）：前記セルロース含有固形分にセルラーゼを添加して加水分解することで糖液を得る工程。
工程（３）：前記希硫酸処理液をｐＨ２．５以下でナノ濾過膜に通じて濾過し、非透過液として糖濃縮液を分離し、透過液として硫酸水溶液を回収する工程。
工程（４）：工程（３）で得られた硫酸水溶液の全量または一部を工程（１）の希硫酸処理で再利用する工程。
［２］工程（３）で得られた回収した硫酸水溶液を逆浸透膜に通じて濾過して、非透過液として硫酸を濃縮することを特徴とする、請求項１に記載の糖液の製造方法。
［３］工程（３）のナノ濾過膜の分画分子量が３００以下であることを特徴とする、［１］または［２］に記載の糖液の製造方法。
［４］前記硫酸水溶液が、有機酸、フラン系化合物および芳香族化合物からなる群から選択される１種または２種以上の化合物を含むことを特徴とする、［１］から［３］のいずれかに記載の糖液の製造方法。
［５］［１］から［４］のいずれかに記載の糖液の製造方法によって得られる糖液を製造する工程および該工程により得られた糖液を発酵原料として化学品を生産する能力を有する微生物を培養する工程を含む、化学品の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明ではセルロース含有バイオマスの希硫酸処理液から硫酸を回収することができ、回収された硫酸はセルロース含有バイオマスの希硫酸処理に再利用されるが、驚くべきことに本発明によって回収された硫酸をセルロース含有バイオマスの希硫酸処理に再利用した場合、通常の希硫酸処理よりも高い糖化効果が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１２】
本発明の糖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、コーンコブ、稲藁、麦藁、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、こうした多糖を加水分解することにより発酵原料として利用可能な糖化液を製造することが可能である。
【００１３】
本発明における糖液とは、セルロース含有バイオマスの加水分解によって得られる糖化液のことを指す。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。本発明の糖液とは、主成分として単糖を含む糖液を指し、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。具体的な水に溶解した単糖、オリゴ糖、多糖の分析方法としては、ＨＰＬＣ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。
【００１４】
まず、本発明の糖液の製造方法について工程ごとに説明する。
【００１５】
［工程（１）：セルロース含有バイオマスに対して希硫酸処理を行い、希硫酸処理液とセルロース画分に分離する工程］
セルロース含有バイオマスの希硫酸処理に際しては、セルロース含有バイオマスをそのまま希硫酸処理に供してもよいが、希硫酸処理の前に粉砕、爆砕、熱水などの公知の前処理を施すことによって、希硫酸処理を効率よく実施すること可能であり、また、セルロース画分をセルラーゼで酵素処理する場合は前処理によってセルラーゼによる加水分解反応の効率が向上する。前処理の中でも、熱水処理は５０℃以上２００℃以下の熱水で煮ることによりセルロース含有バイオマスの成分を一部溶出させて分解しやすくする前処理であり、セルロース含有バイオマス由来の無機イオンを除去することができるため、好ましく採用される。
【００１６】
希硫酸処理によるセルロース含有バイオマスの加水分解では、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、希硫酸処理による加水分解では、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。
【００１７】
希硫酸処理の際の希硫酸の濃度に関しては特に限定されないが、０．０１〜２０重量％、好ましくは０．１〜１０重量％である。希硫酸処理の反応温度は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。希硫酸処理の処理回数は特に限定されず、１回または２回以上行えばよい。また、希硫酸処理を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。
【００１８】
セルロース含有バイオマスの希硫酸処理により得られる希硫酸処理液とは、セルロース含有バイオマスを希硫酸処理した後のスラリー状の液を液成分とセルロース含有固形分に分離して得られる液成分であり、ヘミセルロース由来のキシロースを主成分とした液である。なお、希硫酸処理を２回以上行う場合は、セルロース含有固形分に対して繰り返して希硫酸処理した処理物から液成分を回収すればよい。また、希硫酸処理液にはセルロース含有バイオマスの加水分解に伴って副生する有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物を含む。希硫酸処理液に含まれるキシロースとグルコースの割合は前記の通り、熱・圧力や処理時間といった処理条件によって変わるため特に限定はされない。
【００１９】
［工程（２）：前記セルロース含有固形分にセルラーゼを添加して加水分解することで糖液を得る工程］
セルロース含有バイオマスの希硫酸処理により得られるセルロース含有固形分とは、セルロース含有バイオマスを希硫酸処理した後のスラリー状の液を液成分と固形分に分離した固形分であり、セルロースを主成分とし、一部のヘミセルロースとリグニン、セルロース含有バイオマスの加水分解に伴って副生する有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物の一部を含む。セルロース含有固形分は発酵原料とするため、酵素であるセルラーゼにより加水分解して糖液にする。酵素であるセルラーゼにより加水分解されたセルロースなどはグルコースやオリゴ糖などの単糖またはオリゴ糖に分解される。こうして得られた糖を発酵原料として使用する。なお、セルロース含有固形分の一部を紙パルプ、濾過助剤などセルロースとして工業用原料として使用しても構わない。
【００２０】
前記セルラーゼとしては、セルロース、ヘミセルロースの分解活性を有する酵素であればよく、セルロースを分解する一般的なセルラーゼに加え、ヘミセルロースを分解するヘミセルラーゼやキシラナーゼも含む。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、アクレモニウム属といった糸状菌が産生するセルラーゼが好適である。トリコデルマ属やアクレモニウム属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、トリコデルマ属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、オリゴ糖であるセロビオースの分解酵素である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く、遺伝子組み換えにより、例えばトリコデルマ属やアクレモニウム属の微生物に産生させてもよい。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。
【００２１】
［工程（３）：前記希硫酸処理液をｐＨ２．５以下でナノ濾過膜に通じて濾過し、非透過液として糖濃縮液を分離し、透過液として硫酸水溶液を分離回収する工程］
工程（３）では、ナノ濾過膜により糖（膜の非透過側）と硫酸（膜の透過側）を分離する。ナノ濾過膜の透過液である硫酸水溶液には、酸処理で同時に生成した有機酸やフラン系化合物、芳香族系化合物も膜を透過することで含有される。一方、ナノ濾過膜の非透過側から回収される糖濃縮液には硫酸、有機酸やフラン系化合物、芳香族系化合物がナノ濾過膜を透過することによってその比率が低減して発酵原料としての品質が高まる。さらに工程（４）で詳述するが、分離回収された硫酸水溶液を工程（１）で再利用することで硫酸使用量を低減することができることに加えて、セルロース含有バイオマスの加水分解効率を向上させることが可能になる。
【００２２】
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。
【００２３】
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、などの高分子素材やセラミックスなど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、複数の膜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。
【００２４】
前記希硫酸処理液をｐＨ２．５以下の条件でナノ濾過膜に通じて濾過することによって、膜の非透過側に糖を、透過側に硫酸を分離することが可能になる。糖はナノ濾過膜および逆浸透膜を用いることで阻止される一方、孔径がナノ濾過膜よりも大きい、例えば限外濾過膜では、糖が阻止されず濃縮されず、また、逆浸透膜を用いてしまうと硫酸が膜の透過側に分離できず、非透過側に糖とともに濃縮されてしまうからである。さらにナノ濾過膜で濾過する際のｐＨが２．５より大きいと硫酸がナノ濾過膜を用いても透過側に分離されないからである。逆浸透膜を用いた場合は、ｐＨを２．５以下としても硫酸が膜を透過しないため、糖と硫酸を分離することができない。さらに、理由は定かでないが、ｐＨ値が低いほど糖の透過率も低下し濃縮効率が高まって糖と硫酸の分離効率が向上する。
【００２５】
ナノ濾過膜モジュールの具体例としては、東洋紡株式会社製のＨＳ５２０５Ａ、ＣＭ１０、日東電工株式会社製のＮＴＲ−７２９ＨＦ、ＮＴＲ−７２５０、ＮＴＲ−７４５０、ＮＴＲ−７４１０、東レ株式会社製のＳＵ６１０、ＳＵ−６２０、ＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、Ｆｉｌｍｔｅｃ製のＮＦ−２７０、ＮＦ―２００、ＮＦ−９０、ＮＦ−７０、ＮＦ−４５、ＮＦ、ＤＥＳＡＬ製のＤＫシリーズ、ＤＬシリーズ、ＨＬシリーズ、ＨＷＳ  ＮＦシリーズ、ＴＲＩＳＥＰ製のＴＳ−８０、ＫＯＣＨ製のＭＰＳ−３４、ＭＰＴ−３４、ＭＰＳ−４４、ＭＰＳ−３６、ＭＰＴ−４４、アルファラバル製のＮＦ９７，ＮＦ９９、ＮＦ９９ＨＦなどが例示できる。
【００２６】
ナノ濾過膜のモジュール形態は、特に限定されない。例えばスパイラル型、チューブラー型、中空糸型などがあるが、好ましくはモジュール単価の観点からスパイラル型が好ましく用いられる。
【００２７】
ナノ濾過膜による濾過は、圧力をかけてもよく、その濾過圧は、０．１〜８ＭＰａの範囲であることが好ましい。濾過圧が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、濾過圧が０．５〜７ＭＰａの範囲であれば、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る。
【００２８】
ナノ濾過膜は分画分子量が３００以下のものが好ましく、本範囲であれば糖と硫酸をより効率的に分離することが可能となる。
【００２９】
工程（３）におけるナノ濾過膜による濾過時の希硫酸処理液のｐＨは、硫酸イオンのナノ濾過膜の透過性の観点から２．５以下とする必要があるが、好ましくは硫酸のナノ濾過膜の透過性がより向上する２．０以下である。希硫酸処理液のｐＨの下限については特に制限はないが、好ましくはｐＨ０．５以上、より好ましくはｐＨ１．０以上である。工程（１）で得られる希硫酸処理液のｐＨが２．５以下であればそのままナノ濾過膜処理に供しても良く、また、希硫酸処理液のｐＨが２．５を上回れば、ｐＨが２．５以下になるよう適宜酸またはアルカリを添加して調整してもよい。使用する酸は特に限定はされないが、硫酸、塩酸、硝酸やギ酸、酢酸といった有機酸が例示される。また、使用するアルカリも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アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが例示される。
【００３０】
ナノ濾過膜に供する希硫酸処理液に２価のアルカリの塩が含まれると、該塩はナノ濾過膜では透過されず、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。また、中和時に析出物が発生してしまうと、析出分の酸が回収できなくなる。したがって、２価以上のアルカリ試薬を用いる場合は工程（３）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（３）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。
【００３１】
また、ナノ濾過膜に供する希硫酸処理液からは無機イオン成分を除去されることが好ましい。希硫酸処理液から無機イオン成分を除去することによって、硫酸のナノ濾過膜の透過能が向上するからである。無機イオン成分を除去する方法としては、工程（３）のナノ濾過膜に希硫酸処理液を供する前工程にあればよく、例えばイオン交換樹脂に供する方法、工程（１）の前処理として熱水処理する方法などが挙げられるが、好ましくは工程（１）の前に熱水処理する方法である。本方法の方がより安価に達成できると同時に工程（１）で得られるセルロース含有固形分である固形分を糖化した際に液を膜濃縮する濃縮倍率をより向上できるからである。
【００３２】
希硫酸処理液は、精密濾過膜および／または限外濾過膜に通じて濾過後、ナノ濾過膜に供することが好ましい。ナノ濾過膜に供する前に精密濾過膜および／または限外濾過膜で濾過処理を行うことで、希硫酸処理液中の微粒子によりナノ濾過膜でのファウリング性が改善するからである。さらに、希硫酸処理液のｐＨを酸またはアルカリで調整する際には、ｐＨ調整後に前記精密濾過膜および／または限外濾過膜による濾過処理を行う方が好ましい。
【００３３】
ここでいう精密濾過膜とは、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、ここでいう限外濾過膜とは、分画分子量が約１，０００〜２００，０００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） Ｐ９２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。
【００３４】
これら精密濾過膜または限外濾過膜の材質としては、上述した微粒子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４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、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。
【００３５】
また、精密濾過膜および／または限外濾過膜処理の前には固形分の多くを除去できる濾過法または遠心法などによる固液分離手段を用いても良い。濾過法であれば、例えばフィルタプレス、ベルトフィルタ、ベルトプレス、スクリュープレス、遠心法であれば、スクリューデカンタ、デラバル型遠心分離機、円筒型超遠心機などが例示できる。
【００３６】
［工程（４）：工程（３）で得られた硫酸水溶液の全量または一部を工程（１）の希硫酸処理で再利用する工程］
希硫酸処理液をナノ濾過膜に通じて得られた透過液である硫酸水溶液は、その全量または一部を工程（１）の希硫酸処理に再利用する。実施例において示されるように、工程（１）の希硫酸処理に再利用した場合には得られる糖の収率が著しく向上する。硫酸水溶液は、硫酸の他に工程（１）の希硫酸処理において発生する有機酸やフラン系化合物、芳香族化合物といったバイオマス由来の分解物を含んでいるが、こうした硫酸水溶液を希硫酸処理に使用することで同じ希硫酸処理で酸濃度が同じであっても、セルロース画分の加水分解効率が向上するため、硫酸水溶液に含有される有機酸やフラン系化合物、芳香族系化合物が加水分解効率を向上させると考えられる。
【００３７】
硫酸水溶液に含まれる有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸などが具体例として挙げられる。また、硫酸水溶液に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。
【００３８】
硫酸水溶液に含まれるフェノール系化合物としては、バニリン、アセトバニリン、フェルラ酸、クマル酸、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。
【００３９】
また、工程（１）で再利用する硫酸水溶液は、再利用する前に硫酸を濃縮しておくことが好ましい。ナノ濾過膜で得た透過液である硫酸水溶液中の硫酸の濃度は、希硫酸処理液中の硫酸濃度よりも原理上低い値となってしまうため、ナノ濾過膜の透過液をそのまま希硫酸処理に再利用する場合には追加で新たな希硫酸を添加する必要があるため、硫酸水溶液を濃縮することにより新たな希硫酸の添加を低減することができ、また、希硫酸処理に使用しない場合でも廃液としてナノ濾過膜で得た濾過液を希硫酸処理に再利用せずに廃液として処理する場合においても、ナノ濾過膜で処理しない場合に比べて廃液量が低減するため、廃液処理の労力が大幅に低下する効果がある。
【００４０】
硫酸水溶液を濃縮する方法としては蒸留法、逆浸透膜法などが例示できるが、逆浸透膜による濃縮、すなわち硫酸水溶液を逆浸透膜に通じて濾過することにより硫酸を非透過側で濃縮する方法が好ましい。逆浸透膜による濃縮が好ましい理由としては、濃縮に要するエネルギーが蒸留法に比べて小さく済み、硫酸水溶液の逆浸透膜の透過液は工業用水として再利用することが可能になり、糖液製造プロセスでの水使用量が大幅に減少できる。
【００４１】
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。
【００４２】
本発明で使用する逆浸透膜の性能を評価する方法として、糖化液に含まれる対象化合物（硫酸あるいは単糖など）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）。
【００４３】
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。本発明で使用する逆浸透膜は、対象化合物が硫酸である場合、その透過率が低い方が好ましい。本発明で使用する逆浸透膜は塩化ナトリウムの除去率が９５％以上である膜であることが好ましい。９５％未満の膜であると硫酸が逆浸透膜の透過側に損失する量が増えるからである。
【００４４】
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。
【００４５】
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超低圧タイプのＳＵＬ−Ｇ１０、ＳＵＬ−Ｇ２０、低圧タイプのＳＵ−７１０、ＳＵ−７２０、ＳＵ−７２０Ｆ、ＳＵ−７１０Ｌ、ＳＵ−７２０Ｌ、ＳＵ−７２０ＬＦ、ＳＵ−７２０Ｒ、ＳＵ−７１０Ｐ、ＳＵ−７２０Ｐの他、逆浸透膜としてＵＴＣ８０を含む高圧タイプの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、日東電工株式会社製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、ＫＯＣＨ製ＴＦＣ−ＨＲ、ＴＦＣ−ＵＬＰ、ＴＲＩＳＥＰ製ＡＣＭ−１、ＡＣＭ−２、ＡＣＭ−４などが挙げられる。
【００４６】
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を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ことがあるからである。
【００４７】
逆浸透膜の膜形態としては、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。
【００４８】
逆浸透膜による濾過は、圧力をかけてもよく、その濾過圧は、０．１〜８ＭＰａの範囲であることが好ましい。濾過圧が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、濾過圧が０．５〜７ＭＰａの範囲であれば、膜透過流束が高いことから、硫酸水溶液から濾過液を効率的に透過させることができる。  次に、本発明の糖液の製造方法で得られた精製糖液を発酵原料として使用する化学品の製造方法に関して説明する。
【００４９】
本発明で得られた精製糖液を発酵原料として使用されることにより、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。
【００５０】
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。
【００５１】
本発明の化学品の製造方法で使用される培地としては、精製糖液の他に、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。本発明の精製糖液には、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。
【００５２】
本発明に使用す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。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明の糖液の製造方法で得られた精製糖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、ＷＯ２００７／０９７２６０に開示される連続培養方法が好ましく採用される。
【００５５】
本発明の化学品の製造方法で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。本発明で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、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。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の糖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。【００５７】
（参考例１）無機イオン濃度の測定
カチオンおよびアニオン濃度は、下記に示すＨＰＬＣ条件で、標品との比較により定量した。硫酸イオンはこのアニオン分析により定量した。【００５８】
１）アニオン分析
カラム：Ｉｏｎ  Ｐａｃ  ＡＳ２２（ＤＩＯＮＥＸ社製）
移動相：４．５ｍＭ  Ｎａ２ＣＯ３／１．４ｍＭ  ＮａＨＣＯ３（流速１．０ｍＬ／分）
反応液：なし
検出方法：電気伝導度（サプレッサ使用）
温度：３０℃。【００５９】
２）カチオン分析
カラム：Ｉｏｎ  Ｐａｃ  ＣＳ１２Ａ（ＤＩＯＮＥＸ社製）
移動相：２０ｍＭメタンスルホン酸（流速１．０ｍＬ／分）
反応液：なし
検出方法：電気伝導度（サプレッサ使用）
温度：３０℃。【００６０】
（参考例２）単糖濃度の分析方法
得られた液に含まれる単糖濃度は、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℃。【００６１】
（参考例３）フラン系・芳香族系化合物の分析方法
液に含まれるフラン系化合物（ＨＭＦ、フルフラール）、およびフェノール系化合物（バニリン、クマル酸、フェルラ酸）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：Ｓｙｎｅｒｇｉ  ＨｉｄｒｏＲＰ  ４．６ｍｍ×２５０ｍｍ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ製）
移動相：アセトニトリル−０．１％ Ｈ３ＰＯ４（流速１．０ｍＬ／ｍｉｎ）
検出方法：ＵＶ（２８３ｎｍ）
温度：４０℃。【００６２】
（参考例４）有機酸の分析方法
液に含まれる有機酸（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℃。【００６３】
（参考例５）バイオマスの構成分析
ＮＲＥＬが発表しているＬＡＰ法（“Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｓ  ａｎｄ  Ｌｉｇｎｉｎ  ｉｎ  Ｂｉｏｍａｓｓ，  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）”）を参考に、次に示す方法で組成を分析した。【００６４】
試料の適量を分取し、含水率については、赤外線水分計（ケット科学研究所製、ＦＤ−７２０）を使用して、試料を１２０℃の温度に保持し、蒸発後の安定値と初期値の差分から得られる値を測定した。その後得られた乾燥試料を、６００℃の温度で強熱し灰分率を求めた。【００６５】
また、試料をステンレス型バットに移し、実験室雰囲気でおおよそ平衡状態になるまで風乾し、これをウィレーミルにより粉砕し、ふるいにより粒径を約２００〜５００μｍ」に調整した。本状態調節後の試料を６０℃の温度で真空乾燥し、絶乾質量を補正することによって、各成分の絶乾ベースでの含有量を算定した。この分析用試料０．３ｇを天秤でビーカーにはかりとり、これに濃度７２％の硫酸３ｍＬを加え、３０℃の温度でときどき攪拌しながら１時間放置した。この反応液を、精製水８４ｍＬで耐圧瓶に完全に移した後、１２０℃の温度で１時間オートクレーブで加熱分解した。加熱分解後、分解液と残渣を、濾別し、濾液と残渣の戦役に加えて１００ｍＬに定容したものを検液とした。また、加熱分解時、糖の過分解を補正するために単糖を用いた添加回収試験を並行して行った。検液中の単糖（キシロース・アラビノース・マンノース・グルコース・ガラクトース）については、高速液体クロマトグラフ法（ＧＬサイエンス製ＧＬ−７４００、蛍光検出）により定量を行った。得られた分解液の単糖濃度と試料分解量から、試料中の構成糖量を算定した。【００６６】
単糖の添加回収試験より構成糖量を求めた。加熱分解時の糖過分解補正係数（Ｓｆ：サバイバルファクター）を用いて、構成糖量を補正した。なお、前記成分以外にリグニンなどが存在するため、前記項目全ての比率を積算しても１００％にはならない。【００６７】
（実施例１）
セルロース含有バイオマスとして、稲藁を使用した。稲藁の構成分析は参考例５の方法で分析したところ表１の結果であった。稲藁を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３ｍｍの状態で４２０ｒｐｍで回転させて粉砕した。次に粉砕した稲藁０．１５ｋｇ（乾燥重量）について、希硫酸処理として１％  硫酸水溶液１．５Ｌに浸し、１５０℃で１０分オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。希硫酸処理後、固液分離を行い、液成分である希硫酸処理液（以下、糖化液Ａ）とセルロース含有固形分に分離した。糖化液ＡのｐＨは１．０であり、セルロース含有固形分の構成分析は表１の結果であった。【００６８】
また、セルロース含有固形分にアンモニア水を添加してｐＨを５付近に調整し、固形分濃度を１０％に調整した。この液に、酵素として「アクセルレースデュエット（登録商標）」（ダニスコジャパン製）を添加し、５０℃で１日間攪拌混同しながら、加水分解反応を行った。その後、フィルタプレスＭＯ−４（薮田産業株式会社製）でフィルタプレスを行い、未分解セルロースあるいはリグニンを分離除去し、糖化液Ｂを得た。糖化液Ｂの濁度は９ＮＴＵであった。糖化液Ａおよび糖化液Ｂに含まれる無機塩濃度、単糖、有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物の組成はそれぞれ表２の通りであった。【００６９】
【表１】
2013187385.tif 000002
【００７０】
【表２】
2013187385.tif 000003
【００７１】
次に糖化液Ａを孔径０．２２μｍの精密濾過膜に通じて濾過して得られた透過液（以下、希硫酸処理ＭＦ液という。）をそれぞれ２Ｌ用意して、ナノ濾過膜１〜３（ナノ濾過膜１：ＫＯＣＨ製ＭＰＳ−３４（分画分子量：２００）、ナノ濾過膜２：東レ株式会社製ＵＴＣ６０（分画分子量：３００）、ナノ濾過膜３：日東電工株式会社製ＮＴＲ−７４１０（分画分子量：７００））に通じて濾過した。ナノ濾過膜による濾過は、ナノ濾過膜をＧＥオスモニクス製「ＳＥＰＡ  ＣＦ  ＩＩ」（膜有効面積：１４０ｃｍ２）に装着できるよう平膜に切り出して装着し、供給速度：２Ｌ／分、濾過速度：５．０ｍＬ／分となるようにして、各１．５Ｌ分の濾過を行った。透過液（硫酸水溶液）および非透過液（糖濃縮液）の組成を表３および４に示す。【００７２】
【表３】
2013187385.tif 000004
【００７３】
【表４】
2013187385.tif 000005
【００７４】
さらに、得られたナノ濾過膜１の透過液に濃硫酸を添加し、希硫酸濃度が１％となるように調整し、この液に１．５Ｌに粉砕した稲藁０．１５ｋｇ（乾燥重量）を入れて１５０℃で１０分オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。処理後、固液分離を行い、セルロース含有固形分に分離した。参考例５の方法によるセルロース含有固形分の構成分析は表５の結果であった。また、セルロース含有固形分にアンモニア水を添加してｐＨを５付近に調整し、固形分濃度を１０％に調整した液に、前記と同様、「アクセルレースデュエット（登録商標）」（ダニスコジャパン製）を添加し、５０℃で１日間攪拌混同し、加水分解反応を行った。フィルタプレスＭＯ−４（薮田産業株式会社製）でフィルタプレスを行い、糖化液Ｃを得た。糖化液Ｃに含まれる硫酸イオン、単糖、有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物の組成は表６の通りであり、表１の糖化液Ｂの組成と比較してグルコースおよびキシロースの濃度が明らかに向上した。以上のことから、ナノ濾過膜の透過液として回収された硫酸水溶液をセルロース含有バイオマスの希硫酸処理に活用することで、後段のセルラーゼによるセルロース含有固形分の糖化率が向上することが分かった。【００７５】
【表５】
2013187385.tif 000006
【００７６】
【表６】
2013187385.tif 000007
【００７７】
（実施例２）
実施例１の希硫酸処理ＭＦ液のｐＨをアンモニアを用いてｐＨ１．５、２．０、２．５に調整し、それぞれの液２Ｌに対してナノ濾過膜１〜３で１．５Ｌ分を濾過して得られた透過液の組成を表７〜９に示す。【００７８】
【表７】
2013187385.tif 000008
【００７９】
【表８】
2013187385.tif 000009
【００８０】
【表９】
2013187385.tif 000010
【００８１】
（比較例１）
実施例１の希硫酸ＭＦ液のｐＨをアンモニアを用いてｐＨ３．０、５．０に調整し、それぞれの液２Ｌに対してナノ濾過膜１〜３で１．５Ｌ分を濾過して得られた透過液の組成を表１０〜１２に示す。比較例１では実施例２と比較して硫酸のナノ濾過膜の透過性が格段に低下してしまい硫酸を回収することができず、さらに糖の阻止率も低下した。【００８２】
【表１０】
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【００８３】
【表１１】
2013187385.tif 000012
【００８４】
【表１２】
2013187385.tif 000013
【００８５】
（比較例２）
実施例１の希硫酸処理ＭＦ液（ｐＨ１．０）をそれぞれ２Ｌに分取し、ＧＥ製の分画分子量１，０００の限外濾過膜ＧＥシリーズまたは東レ株式会社製の逆浸透膜ＵＴＣ８０で１．５Ｌ分を濾過して得られた非透過液の組成を表１３〜１４に示す。限外濾過膜を用いた場合では透過液側に多くの糖が透過してしまい、一方、逆浸透膜を用いた場合は糖を非透過液側に阻止できるが硫酸も阻止してしまい糖と硫酸を分離できず硫酸水溶液を回収することができなかった。【００８６】
【表１３】
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【００８７】
【表１４】
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【００８８】
（実施例４）
工程（１）のセルロース含有バイオマスを加水分解する工程に関し、前処理として熱水処理をしてセルロース含有バイオマス由来の無機塩物を除去した後、０．１〜１０重量％の希硫酸処理およびセルラーゼを使用するセルロース含有バイオマスの加水分解した場合について説明する。【００８９】
セルロース含有バイオマスとして稲藁を使用し、稲藁を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３ｍｍの状態で４２０ｒｐｍで回転させて粉砕した。次に粉砕した稲藁０．１５ｋｇ（乾燥重量）を水１．５Ｌに浸し、１５０℃で１０分オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。処理後、固液分離を行い、液成分である蒸煮水と固形分にあたる熱水処理セルロースに分離した。蒸煮水の単糖、有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物、塩濃度の組成は表１５の通りであった。【００９０】
【表１５】
2013187385.tif 000016
【００９１】
次に、熱水処理セルロース０．１５ｋｇ（乾燥重量）を希硫酸濃度が熱水処理セルロース含有固形分の含水量も勘案して１．０％  希硫酸水溶液１．５Ｌとなるように浸し、１５０℃で１０分オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。希硫酸処理後、固液分離を行い、希硫酸処理液（以下、糖化液Ｄ）とセルロース含有固形分に分離した。糖化液Ｄに含まれる単糖、有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物、塩濃度の組成は表１６の通りであり、希硫酸処理の前処理として熱水処理することによって糖濃度が向上するとともに無機塩濃度が低下した。【００９２】
【表１６】
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【００９３】
さらに、糖化液Ｄを孔径０．２２μｍの精密濾過膜に通じて濾過し、得られた透過液２Ｌをナノ濾過膜１（ＫＯＣＨ製ＭＰＳ−３４）に通じて濾過した。ナノ濾過膜の濾過は、ナノ濾過膜をＧＥオスモニクス製「ＳＥＰＡ  ＣＦ  ＩＩ」（膜有効面積：１４０ｃｍ２）に装着できるよう平膜に切り出して装着し、供給速度：２Ｌ／分、濾過速度：５．０ｍＬ／分となるようにして１．５Ｌ分の濾過を行った。得られたナノ濾過膜の透過液の組成は表１５に示す通りであり、希硫酸処理の前処理として熱水処理することによって、硫酸の除去性が向上することが判明し、これは希硫酸処理液に含まれる無機イオン濃度などが低下したためであると推察された。【００９４】
【表１７】
2013187385.tif 000018
【００９５】
（実施例５）
実施例１で得られたナノ濾過膜１の透過液２Ｌ分を用意し、Ｆｉｌｍｔｅｃ製の逆浸透膜ＳＷ２５４０の平膜で、供給速度：２Ｌ／分、濾過速度：５．０ｍＬ／分となるようにして、１．０Ｌ分の濾過を行った。１．０Ｌの非透過液および１．０Ｌの透過液の組成は表１６の通りであり、硫酸がほぼ損失することなく濃縮できた。【００９６】
【表１８】
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【００９７】
逆浸透膜の非透過液を硫酸濃度が１．０％になるようにＲＯ水で希釈して１．５Ｌとし、粉砕した稲藁０．１５ｋｇ（乾燥重量）を入れて１５０℃で１０分オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。処理後、固液分離を行い、セルロース含有固形分を分離した。次に、セルロース含有固形分にアンモニア水を添加して、ｐＨを５付近に調整し、固形分濃度を１０％に調整した。この液に、前記と同様、「アクセルレースデュエット（登録商標）」（ダニスコジャパン製）を添加し、５０℃で１日間攪拌混合し、加水分解反応を行い、さらにフィルタプレスＭＯ−４（薮田産業株式会社製）でフィルタプレスを行い、糖化液Ｅを得た。糖化液Ｅに含まれる硫酸イオン、単糖、有機酸、フラン系化合物、芳香族化合物の組成は表１７の通りであり、硫酸水溶液の逆浸透膜濃縮液を用いて希硫酸処理を行うことにより、表１の糖化液Ｂの組成と比較してグルコースおよびキシロースへの糖化率が向上した。また、参考例５の方法による再利用希硫酸処理後のセルロース含有固形分の構成分析では、特にセルロースを構成するグルコースの比率が増加することが分かった。【００９８】
【表１９】
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【００９９】
【表２０】
2013187385.tif 000021
【０１００】
（実施例６）
実施例１の糖液を発酵原料として使用して、遺伝子組換え大腸菌（ＫＯ１１株、ＡＴＣＣ５５１２４）によるエタノール発酵を実施した。糖液は、実施例１のナノ濾過膜１の糖濃縮液（以下、糖化液Ｆ）、糖化液Ｂが４Ｌに対して糖化液Ｆが１Ｌの混合液（以下、糖化液Ｇ）を利用した。なお、糖化液Ｇの液組成は表２１の通りであった。【０１０１】
【表２１】
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【０１０２】
まず、前述遺伝子組換え大腸菌をＹＰＤＸ培地（１％  グルコース、１％  キシロース、１％  酵母エキス（Ｂａｃｔｏ  Ｙｅａｓｔ  Ｅｘｔｒａｃｔ、ＢＤ社製）、２％  ポリペプトン（日本製薬株式会社製）にて、１日間３２℃で前培養を行った。次に、糖化液Ｆと糖化液ＧをｐＨ６．０になるように水酸化カルシウム（和光純薬工業株式会社製）で調整した後、得られた培養液を１０％容量で添加した。組換え大腸菌を添加後、３２℃で２日間インキュベートした。この操作で得られた培養液に含まれるエタノール蓄積濃度は、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．＊０．５３ｍｍ  Ｉ．Ｄ．，ｄｆ１．５μｍ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。その結果、糖化液Ｆからは２０．１ｇ／Ｌ、糖化液Ｇからは１２．９ｇ／Ｌのエタノールが得られることが確認できた。すなわち、本発明で得られた糖液を発酵原料として、化学品であるエタノールが製造できることが確認できた。【０１０３】
（実施例７）
糖化液Ｆと糖化液Ｇを発酵原料として使用して、ラクトコッカス・ラクティスＪＣＭ７６３８株によるＬ−乳酸発酵を実施した。ラクトコッカス・ラクティスＪＣＭ７６３８株を２４時間、３７℃の温度で静置培養して培養液に含まれるＬ−乳酸濃度を以下条件で分析した。前述微生物をＹＰＤＸ培地（１％  グルコース、１％  キシロース、１％  酵母エキス（Ｂａｃｔｏ  Ｙｅａｓｔ  Ｅｘｔｒａｃｔ／ＢＤ社）、２％  ポリペプトン（日本製薬株式会社製）にて、１日間３７℃で前培養を行った。次に、糖化液Ｆと糖化液ＧをｐＨ６．０になるように水酸化カルシウム（和光純薬工業株式会社製）で調整下の後、得られた培養液を１０％容量で添加した。微生物を添加後、３７℃で２日間インキュベートした。この操作で得られた培養液に含まれる乳酸蓄積濃度は参考例４の方法にて分析した。分析の結果、Ｌ−乳酸が糖化液Ｆからは４７．８ｇ／Ｌ、糖化液Ｇからは３０．５ｇ／Ｌ蓄積していることが確認され、本発明で得られた糖液を発酵原料として、化学品であるＬ−乳酸を生産することが可能であることが確認できた。
【産業上の利用の可能性】
【０１０４】
本発明の糖液の製造方法によって得られた糖液は、各種化学品の発酵原料として使用することができる。
【国際調査報告】
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