(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広葉樹クラフトパルプをカナダ標準型濾水度が３５０ｍｌ以下となるようにパルプ濃度が２．０〜１５重量％にて叩解機を用いて叩解し、叩解した広葉樹クラフトパルプにエンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼおよびβ−グルコシダーゼを含んでなるTrichoderma属由来のセルラーゼ混合物、ならびに、β−グルコシダーゼを含んでなるAspergillus属由来のセルラーゼを添加して糖化することを特徴とする、セルロース含有物からグルコースを製造する方法。
【請求項２】
前記広葉樹クラフトパルプが、乾燥パルプである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記広葉樹クラフトパルプが、広葉樹晒クラフトパルプを含む、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース含有物から糖を製造する方法に関する。より具体的には、本発明
は、セルロース含有物に叩解処理を行い、セルラーゼによってセルロース含有物を糖化す
る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりなどによりバイオマスの有効利用に関する検討が盛んに行われ
ている。特にバイオマスを原料として製造されるバイオエタノールは、例えば、ガソリン
代替物質としてのさらなる普及が期待されている。例えば、バイオマス原料としてセルロ
ース系原料を利用して糖を製造し、エタノール発酵により糖からエタノールを得る技術に
ついて種々の研究が行われている。
【０００３】
バイオマス原料としてセルロース系原料を使用する場合、セルロース系原料としては、
リグニンを含むリグノセルロースや、リグニンが除去されたセルロースなどが一般に使用
される。リグノセルロース原料としては、例えば、広葉樹や針葉樹などの木材、麦わらや
とうもろこし残渣などの農業残渣などを挙げることができ、リグニンがある程度除去され
たセルロース原料としては、パルプなどを挙げることができる。セルロース系原料の由来
としては、木材、麦わら、稲わら、とうもろこし、ケナフなどが知られているが、木材を
由来とする木質系セルロースは、製紙用パルプとして広く生産されていることもあり、バ
イオマス原料として特に注目されている。
【０００４】
紙やパルプに代表されるセルロース系原料を糖化する方法は、（１）酵素または酵素を
生産する微生物を用いて加水分解する酵素糖化法、（２）鉱酸を用いて加水分解する酸糖
化法に大別される。セルロースやヘミセルロースなどの多糖類を酵素糖化法により分解す
る方法としては、セルラーゼを用いた加水分解によってグルコース等の糖類を得る方法が
広く知られている。
【０００５】
特許文献１には、古紙、段ボール等のセルロース系材料を糖化する前の前処理工程とし
てセルロース系材料の微粉砕化工程を採用し、その後、糖化する工程と発酵する工程を行
うことによりバイオマスエタノール生成物を製造する方法が開示されている。引用文献１
に記載の方法においては、セルロース系材料の前処理工程である微粉化に際し、原料の流
動性を維持する観点から、「毛羽立ち度の高い微粉化による吸水性の増大を極力さけ、重
量当たりの吸水量が高くならない微粉体にすることが糖化反応を効率良く進める上で極め
て重要なこととなる」（段落［００１６］）とされ、セルロース系材料のフィブリル化は
極力避けるべきものと記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、セルロースまたはセルロース含有物質にセルラーゼを反応させ
ることによるセロオリゴ糖の製造方法が開示されている。特許文献２には、セルロースの
フィブリル化により、表面積を増加させ糖化反応を行いやすくすることが記載されている
ものの、フィブリル化の方法や程度について具体的開示は見当たらない。また、引用文献
２で特に検討されている技術は、セルロース原料として溶解パルプ（ＳＰ）を利用して、
セロオリゴ糖を製造する方法である。
【特許文献１】特開２００６−０８８１３６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、パルプや古紙、ペーパースラッジ等のセルロース含有物を糖化する効
率を向上させる方法が種々提案されているが、いずれも十分なものではなく、また、処理
対象のセルロール含有物に含まれる成分や由来に適した処理方法が十分に検討されている
わけでもない。
【０００８】
このような状況に鑑み、本発明は、セルロース含有物を短時間で効率よく糖化する方法
の提供を目的とする。特に本発明は、セルロース含有物として広葉樹クラフトパルプ（Ｌ
ＢＫＰ）や針葉樹クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、古紙、紙パルプ工場の排水処理工程など
から回収されるパルプ繊維分を含むスラッジを原料として用いる場合に糖化を短時間で効
率よく行う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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため研究を重ねた結果、エンドグルカナーゼ、エク
ソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含むセルラーゼを添加し、酵素によりグル
コースへ糖化することで、糖化効率が向上することを見出し、本発明を完成するに至った
。特に、セルロース含有物としてクラフトパルプを使用する場合、叩解処理により濾水度
を３００ｍｌ以下（カナダ標準型濾水度）に低減させて糖化処理を行うことにより、高効
率で糖を得ることを見出された。
【００１０】
すなわち、本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を提供する。
（１）  セルロース含有物を叩解処理により濾水度を低減させ、セルラーゼを添加して
セルロース含有物を糖化することを特徴とする、セルロース含有物から糖を製造する方法
。
【００１１】
（２）  前記セルロース含有物が、広葉樹クラフトパルプ、針葉樹クラフトパルプ、機
械パルプ、古紙、または紙パルプ工場から回収されるパルプ繊維分を含むペーパースラッ
ジ、またはこれらの混合物である、（１）に記載の糖の製造方法。
【００１２】
（３）  前記セルロース含有物が広葉樹クラフトパルプのときにおいて、濾水度が３５
０ｍｌ（カナダ標準型濾水度）以下となるように叩解処理を行う、（１）または（２）に
記載の糖の製造方法。
【００１３】
（４）  前記セルラーゼが、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グ
ルコシダーゼを含んでなるセルラーゼ混合物である、（１）〜（３）のいずれか１項に記
載の糖の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、セルロース含有物を短時間で効率的に糖化する方法を提供することがで
きる。特に本発明によれば、製紙工場やパルプ工場で生産されるクラフトパルプ、製紙工
場等の排水処理工程などから回収されるパルプ繊維分を含むスラッジ、古紙を原料として
用いる場合、短時間で効率的に糖化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定
されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
本発明の糖の製造方法は、セルロース含有物を叩解処理により濾水度を低減させ、セル
ラーゼを添加してセルロース含有物を糖化することを特徴とする。したがって、本発明は
、叩解工程とセルラーゼによる糖化工程とを少なくとも含んで構成される。本発明におい
ては、叩解工程と糖化工程とを順次行ってもよく、同時に行ってもよい。また、本発明は
、バッチ式、連続式、あるいはセミバッチ式で実施することができる。
【００１６】
また、本発明においては、本発明の特徴を損なわない限りにおいて、叩解工程と糖化工
程の他に、追加の工程を加えることも可能である。追加の工程としては、分離工程、精製
工程、濃縮工程、乾燥工程などを挙げることができ、具体的な用途や装置構成に応じて適
切な工程を追加することができる。例えば、本発明によって得られた糖は、そのまま製品
として適当な用途に使用することができる一方、さらに糖をアルコール発酵工程に供し、
バイオエタノールなどを製造することも可能である。
【００１７】
さらに、本発明による方法を最適な条件で行うために、本発明は、叩解工程と糖化工程
、その他の工程とのバランスを調整する制御工程を含むことができる。制御方法は、特に
制限されないが、いわゆるフィードバック制御や、所定の濃度や数量を設定して流量を制
御することなどが可能である。
【００１８】
［セルロース含有物］
本発明においては、セルロース含有物として、木材由来のパルプないしパルプ含有物を
使用する。具体的には、広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）や針葉樹クラフトパルプ（Ｎ
ＢＫＰ）などのクラフトパルプ（ＫＰ）、機械パルプ（ＭＰ）、新聞紙、雑誌、オフィス
紙、段ボール紙などの古紙、紙パルプ工場の排水処理工程などから回収されるパルプ繊維
分を含むスラッジなどをセルロース含有物として利用できる。なお、本発明において、古
紙とは、古紙パルプ（ＤＩＰ）、古紙、古紙を含む廃棄物を含む概念である。
【００１９】
上記した木材パルプの中でも、本発明は、ＫＰ、特にＬＢＫＰを含んでなるセルロース
含有物を処理対象とする場合に好適である。化学的な処理によって製造されるＫＰは、酵
素反応を阻害することのあるリグニン成分の多くが除去され、セルロース系成分（セルロ
ースやヘミセルロース）の含量が高く、また、品質も比較的安定しているため、本発明を
適用した場合に安定して糖化を行うことが可能である。なお、本発明に使用するパルプは
、乾燥パルプであっても、未乾燥パルプ（スラッシュパルプ）であってもよく、また、晒
または未晒の別も問わない。
【００２０】
一般に、セルロース含有物としては種々の材料が知られているが、木材パルプ、特に木
材由来のクラフトパルプは主要な製紙用パルプとして紙パルプ工場で大量に生産されてい
る。したがって、クラフトパルプを原料として使用することによって、紙パルプ工場の既
存のパルプ製造設備を利用して本発明を実施することができ、設備的にも有利である。し
たがって、設備的な観点から、本発明のセルロース含有物としては、紙パルプ工場で製造
されるＫＰ（特にＬＢＫＰ）、紙パルプ工場の排水処理工程などから回収されるパルプ繊
維分を含むスラッジが好適である。
【００２１】
［叩解処理］
叩解とは、パルプ繊維に機械的剪断力を与え毛羽立てることであり、パルプ繊維の場合
、叩解の程度は、一般に濾水度（カナダ標準型濾水度：ＣＳＦ）により評価される。本発
明においては、セルロース含有物を叩解処理し濾水度を低下させることが必要である。叩
解処理によって糖化効率が向上するメカニズムの詳細は不明であるが、叩解処理によりパ
ルプ繊維の表面積を増大させることで、セルラーゼがセルロースへ吸着しやすくなるもの
と考えられる。
【００２２】
叩解方法は、一般的に叩解機と呼ばれる機械による処理が利用でき、特にパルプをセル
ロース原料として用いる本発明においては叩解機による処理が好適である。一般に、紙パ
ルプ工場においてはすでに叩解機が存在しているため、工場の既存の設備を利用して本発
明を実施することができるためである。機械的処理としては、リファイナーやビーター、
ＰＦＩミル、ニーダー、ディスパーザーなど回転軸を中心として金属または刃物とパルプ
繊維を作用させるもの、パルプ繊維同士の摩擦によるものなどが知られている。その他に
にも、湿式条件下でセルロース繊維を叩解するために、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモ
ジナイザー、ナノマイザー、各種ミル、石臼型磨砕機等の装置を使用することができる。
【００２３】
本発明においては、セルロース含有物として広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）を使用
する場合、濾水度が３５０ｍｌ以下、さらには３００ｍｌ以下となるように叩解処理を行
うことが特に好ましいことが、本発明者の研究により明らかとなった。また、セルロース
含有物としてペーパースラッジを使用する場合、濾水度が３００ｍｌ以下、さらには２０
０ｍｌ以下となるように叩解処理を行うことが好ましい。
【００２４】
本発明においては、所定の濾水度までセルロース含有物を叩解することができれば、パ
ルプ濃度、叩解時間などの具体的な条件は適宜決定することができる。例えば、叩解処理
する際のパルプ濃度は、一般に、０．５〜３５重量％、より好ましくは、２．０〜１５重
量％とすることができる。パルプ濃度が０．５重量％未満である場合、処理量が著しく増
加し、叩解の効率が低下するため好ましくなく、一方、パルプ濃度が３５重量％を超える
場合はパルプ濃度が高過ぎて流動性が低下し、叩解処理が行いにくくなるために好ましく
ない。
【００２５】
［糖化処理］
本発明の糖の製造方法は、セルラーゼを添加してセルロース含有物を糖化することを含
んで構成される。本発明においては、セルロース含有物に含まれるセルロースにセルラー
ゼが作用することによってセルロースが糖化され、短繊維、オリゴ糖や多糖、キシロース
、グルコース等の低分子の糖、またはその他、可溶性の糖が生成される。すなわち、糖化
工程で得られる糖含有液には、セロオリゴ糖やキシロオリゴ糖、キシロース等の低分子の
溶解性の糖が含まれているため、本発明においては、これらの生成物を分離、精製等する
工程をさらに含んでいてもよい。１つの観点において、本発明は、セルロース含有物から
糖を製造する方法であるが、別の観点からは、セルロース含有物から、短繊維、オリゴ糖
、多糖、キシロース、グルコース、セロオリゴ糖やキシロオリゴ糖を製造する方法と捉え
ることもできる。したがって、例えば、本発明によって得られるグルコースに着目すれば
、本発明はグルコースの製造方法である。
【００２６】
［酵素］
本発明に用いるセルラーゼは、セルロースを分解できる酵素であれば一般に使用される
ものを利用でき、例えば、分子内部からセルロースを分解するエンドグルカナーゼ、分子
末端からセルロースを分解するエクソグルカナーゼ、グリコシド結合を加水分解しセロビ
オースをグルコースに分解するようなβ−グルコシダーゼまたはこれらの混合物を使用す
ることができる。本発明においては、特に、少なくともエンドグルカナーゼ、エクソグル
カナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含むセルラーゼ混合物を使用すると効率的な糖化
が達成されるため、好ましい。上記セルラーゼ混合物のセルロース分解能が高い理由は明
らかでなく、本発明がこれに拘束されるものではないが、基質との相性がよいこと、複数
のセルラーゼが協働的に機能すること、あるいは複数のセルラーゼが複合体を形成してい
ることなどが推測される。さらに本発明においては、上記のセルラーゼ混合物に加えて、
β−グルコシターゼを含んでなるセルラーゼを併用することもできる。
【００２７】
本発明に用いるセルラーゼの起源は特に限定されることはなく、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍ
ａ属、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属、Ｉｒｐｅｘ属、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ属、Ｃｌｏｓｔｒ
ｉｄｉｕｍ属、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕ
ｍ属、Ｈｕｍｉｃｏｌａ属などの各種の起源のものおよび／または遺伝子組み換えにより
製造したものを単独若しくは二種以上を混合して用いることができ、また、糸状菌、担子
菌、細菌類等のセルラーゼを用いることができる。また、セルラーゼの形態も、一般に市
販されているセルラーゼ製剤や上記菌の培養物やその濾過液を直接使用することも出来る
。中でも、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ（トリコデルマ）属、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ（アス
ペルギルス）属由来のセルラーゼなどのようなセルロース分解力が高いセルラーゼが好ま
しい。
【００２８】
［糖化条件］
本発明の糖化工程を行うのに適したｐＨは、ｐＨ４〜８であり、使用する酵素の至適
ｐＨに合わせることで酵素が活性化し、好ましい。
【００２９】
また、本発明の糖化工程は、酵素の活性の観点から、好ましくは２０℃〜７０℃、より
好ましくは３５℃〜５５℃、さらに好ましくは約５０℃で行うとよい。本発明の糖化工程
は、攪拌しながら行うことが好ましく、反応させる時間はセルロースの大部分が溶解する
ように設定するのが好ましく、例えば１〜７０時間程度が好ましいが、目的に応じて種々
調節できることは言うまでもない。
【実施例】
【００３０】
以下、具体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにするが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。
［実験例１］
セルロース含有物として、濾水度が585mlの広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）を使用
した。酵素としては、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダ
ーゼを含む市販のセルラーゼ混合物（商品名：Celluclast、Novozyme社製）、ならびに、
β−グルコシターゼを含んでなる市販のセルラーゼ（商品名：Novozyme 188、Novozyme社
製）を使用した。ＬＢＫＰに対して５重量％添加した。
【００３１】
まず、糖化槽として１Ｌビーカーを用い、ＬＢＫＰ  １５ｇ、水  ４８３．５ｇ、酵素
を投入した。酵素は、CelluclastおよびNovozyme 188をそれぞれＬＢＫＰに対して５重量
％添加した。ついで、硫酸でｐＨを５．５に調整し、これらを攪拌しながら酵素による加
水分解を、５０℃で６時間行った。
【００３２】
反応後、得られた糖化液のグルコース含有量（糖化液中に含まれる全有機分中のグルコ
ースの重量％）をバイオセンサー（BF-3000；王子計測機器社製）を用いて測定した。そ
の結果を下記表１に示す。
【００３３】
［実験例２〜７］
実験例１に記載のＬＢＫＰをＰＦＩミル（熊谷理機（株）製）にて濾水度が505 ml、46
5 ml、415 ml、335 ml、270 ml、215 mlになるまで叩解処理を行い、フィブリル化パルプ
を得た。このパルプを実験例１と同様の条件で糖化し、糖化液のグルコース量を測定した
。その結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
0005870069.tif 000002
【００３５】
表１から明らかなように、ＬＢＫＰを叩解しなかった場合（実験例１）に比べて、ＬＢ
ＫＰを叩解してから酵素処理を行うと、グルコースが多く得られた（実験例２〜７）。特
に、濾水度が３５０ｍｌ以下になるまで叩解処理してから酵素による糖化処理を行った場
合（実験例５〜７）、糖化液に含まれるグルコースが多かった。この結果から、叩解処理
により糖化効率が向上すること、特に叩解処理によりＬＢＫＰの濾水度を３５０ｍｌ以下
まで低減させることにより糖化効率が大きく向上することが明らかになった。
【００３６】
［実験例８］
セルロース含有物として、紙パルプ工場の排水処理工程から回収したパルプ繊維分を含
むスラッジ（ペーパースラッジ、ＰＳ）を使用した。濾水度を測定した結果は260mlであ
った。
【００３７】
実験例１と同様の条件で上記ペーパースラッジの糖化を行い、糖化液のグルコース量を
測定した。その結果を下記表２に示す。
［実験例９］
実験例８に記載のペーパースラッジをＰＦＩミル（熊谷理機（株）製）にて濾水度が17
0mlになるまで叩解処理を行い、フィブリル化スラッジを得た。このスラッジを実験例１
と同様の条件で糖化し、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表２に示す。
【００３８】
［実験例１０］
実験例８に記載のペーパースラッジをＰＦＩミル（熊谷理機（株）製）にて濾水度が13
5mlになるまで叩解処理を行い、フィブリル化スラッジを得た。このスラッジを実験例１
と同様の条件で糖化し、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表２に示す。
【００３９】
【表２】
0005870069.tif 000003
【００４０】
表２から明らかなように、濾水度が２００ｍｌ以下になるまで叩解処理してから、酵素
による糖化処理を行った場合（実験例９および１０）は、叩解しなかった場合（実験例８
）と比較して、糖化液に含まれるグルコースが多かった。この結果から、叩解処理により
ペーパースラッジの濾水度を２００ｍｌ以下まで低減させることにより、糖化効率が向上
することが明らかになった。