(57)【要約】【課題】セルラーゼ等との反応性に優れ、効率的に糖を製造することが可能なセルロース含有製糖原料、並びにこのセルロース含有製糖原料を用いた、糖化効率及び生産性に優れた糖の製造方法を提供する。【解決手段】リグニンを１０質量％以上含有するセルロース含有製糖原料であって、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出したときの抽出物量がセルロース含有製糖原料中のリグニン質量に対して１５質量％以上である、セルロース含有製糖原料。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグニンを１０質量％以上含有するセルロース含有製糖原料であって、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出したときの抽出物量がセルロース含有製糖原料中のリグニン質量に対して１５質量％以上である、セルロース含有製糖原料。
【請求項２】
針葉樹チップ、広葉樹チップ、新聞紙、ダンボール、雑誌、稲わら、とうもろこし茎、葉、籾殻、パーム殻、ココナッツ殻、及び藻類からなる群から選択される１種以上のセルロース含有原料から得られる、請求項１に記載のセルロース含有製糖原料。
【請求項３】
セルロース含有原料を、外径５〜５０ｍｍのロッドを粉砕機の容器内容積に対し１５〜９５ｖｏｌ％の充填率で充填した振動ミルで粉砕処理して得られる、請求項１又は２に記載のセルロース含有製糖原料。
【請求項４】
前記粉砕処理の処理時間が２〜４８時間である、請求項３に記載のセルロース含有製糖原料。
【請求項５】
外径５〜５０ｍｍのロッドを粉砕機の容器内容積に対し１５〜９５ｖｏｌ％の充填率で充填した振動ミルでセルロース含有原料を粉砕処理することにより、リグニンを１０質量％以上含有し、かつ、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出したときの抽出物量がセルロース含有製糖原料中のリグニン質量に対して１５質量％以上であるセルロース含有製糖原料を調製する工程、及び
得られたセルロース含有製糖原料に、セルラーゼ及び／又はヘミセルラーゼを作用させて糖化する工程
を含む、糖の製造方法。
【請求項６】
前記粉砕処理の処理時間が２〜４８時間である、請求項５に記載の糖の製造方法。
【請求項７】
前記のセルロース含有原料の水分含有率が１０質量％以下である、請求項５又は６に記載の糖の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース含有製糖原料及びこれを用いた糖の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロース含有原料は、セルロースエーテルの原料、化粧品、食品、バイオマス材料等の工業原料に用いられる。特に近年、環境問題への取り組み等からバイオマス材料から糖を製造し、それを発酵法等でエタノールや乳酸等へ変換する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
一般に、セルロース含有原料におけるセルロースはリグニンと密着しており、このリグニンがセルロースの加水分解反応（糖化反応）を阻害することが知られている。そのため、糖化効率を向上させる目的でリグニンを分解・除去することが行われている。
【０００３】
セルロース含有原料を糖化する方法としては、特定のセルラーゼ又はそのセルラーゼ生産菌を用いて酵素分解して糖化を行う方法（例えば、特許文献２参照）や、バイオマスに含まれるセルロースを、過酸化水素を用いた熱水処理によりリグニンを分解・除去した後、酵素処理する方法（例えば、特許文献３参照）、水蒸気蒸留によりリグノセルロース資源中に含まれる精油及び親水性成分を流出させた後、糖化を行う方法（例えば、特許文献４参照）等が知られている。また、リグニン除去処理を省略した方法として、木材を６０μｍ以下に粉砕後、直接酵素による糖化を行う方法（例えば、特許文献５参照）も知られている。
しかしながら、従来の方法はいずれも、糖化効率又は生産性の点において満足できるものではない。特許文献２記載の方法は糖化効率が十分とはいえず、特許文献３又は４に記載の方法は熱水処理や水蒸気蒸留を必要とするためコストが高く生産性に劣る。また、特許文献５記載の方法は糖化効率に劣る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２３１５２号公報
【特許文献２】特開２００３−１３５０５２号公報
【特許文献３】特開２００７−７４９９２号公報
【特許文献４】特開２００８−１０４４０４号公報
【特許文献５】特開昭６３−１３７６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、セルラーゼ等との反応性に優れ、効率的に糖を製造することが可能なセルロース含有製糖原料、並びにこのセルロース含有製糖原料を用いた、糖化効率及び生産性に優れた糖の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、セルロース含有原料中にリグニンが存在していてもリグニンがセルロースから剥離されてさえいれば、リグニンの分解・除去を行うことなく効率的に糖を製造できることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、リグニンを１０質量％以上含有するセルロース含有製糖原料であって、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出したときの抽出物量がセルロース含有製糖原料中のリグニン質量に対して１５質量％以上であるセルロース含有製糖原料、及びこれを用いた糖の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセルロース含有製糖原料は、糖化処理に使用されるセルラーゼやヘミセルラーゼとの反応性に優れ、糖を効率よく生産することができる。また、本発明のセルロース含有製糖原料を用いた糖の製造方法は、水蒸気蒸留や水熱処理等の工程を行うことなく、効率的に糖を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜セルロース含有製糖原料＞
本発明のセルロース含有製糖原料は、リグニンを１０質量％以上含有し、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出したときの抽出物量がセルロース含有製糖原料中のリグニン質量に対して１５質量％以上である。
【００１０】
［リグニン含有量］
本発明のセルロース含有製糖原料は、リグニンを１０質量％以上含有する。本発明のセルロース含有製糖原料はリグニンを多量に含有していてもよく、脱リグニン処理を必要としない。特に、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２０質量％以上のリグニンを含有していてもよい。
本発明におけるリグニン含有量は、Ｋｌａｓｏｎリグニン法により測定することができる。Ｋｌａｓｏｎリグニン法は硫酸法とも呼ばれ、リグニンの直接定量法として知られており、具体的には、「ＪＡＰＡＮ  ＴＡＰＰＩ紙パルプ試験方法  ２０００年版」，Ｎｏ．６１を参照することができる。
【００１１】
［抽出物量］
本発明のセルロース含有製糖原料は、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出したときの抽出物量がセルロース含有製糖原料中のリグニン質量に対して１５質量％以上である。ここで、前記抽出物は、その主成分としてリグニンを含有し、その他の成分として脂肪、ロウ、タンニン、ペクチンを含有する。
前記抽出物量は、セルロースからリグニンが剥離されている程度を示す指標である。本発明のセルロース含有製糖原料は、リグニンを多量に含有していてもリグニンがセルロースから剥離されてさえいれば、効率的に糖を生産することができる。
前記抽出物量は、糖化率向上の観点から、リグニン質量に対して１５質量％以上であり、１８質量％以上が好ましく、また、セルロースの変性に伴う糖化効率の低下抑制の観点からは、８５質量％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましく、６０質量％以下が更に好ましく、５５質量％以下が更により好ましく、５０質量％以下が更により好ましい。
【００１２】
本発明において、前記抽出物量は以下の方法により算出される。
抽出を行う前に、セルロース含有製糖原料中のリグニン質量を、上述したＫｌａｓｏｎリグニン法により測定する。
ビーカーに、ジオキサン９６ｖｏｌ％及び水４ｖｏｌ％からなる溶媒を、セルロース含有製糖原料１ｇ（絶乾相当）当たり１０ｍＬ入れ、４０℃、１２０ｒｐｍで２４時間撹拌させて抽出を行う。抽出液を、遠心分離した後に上澄み液を回収する。ビーカー中の残留物に対し、１ｇ当たり１０ｍＬの溶媒を加え、４０℃、１２０ｒｐｍで４８時間撹拌させて抽出を行い、抽出液を遠心分離した後に上澄み液を回収する。回収した上澄み液をあわせて減圧留去し、抽出物質量を秤量し、下記の数式から抽出物量（抽出率）を算出する。
抽出物量（質量％）＝抽出物質量／セルロース含有製糖原料中のリグニン質量×１００
【００１３】
［セルロース含有原料］
本発明のセルロース含有製糖原料は、セルロース含有原料から得られる。セルロース含有原料は特に限定されないが、具体例としては例えば、針葉樹チップ、広葉樹チップ等の各種木材チップ；木材から製造されるウッドパルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプ等のパルプ類；新聞紙、ダンボール、雑誌、上質紙等の紙類；稲わら、とうもろこし茎等の植物茎・葉類；籾殻、パーム殻、ココナッツ殻等の植物殻；ジャイアントケルプ、コンブ、ワカメ、ノリ、マクサ、スピリルナ、ドナリエラ、クロレラ、セネデスムス等の藻類等が挙げられる。これらの中でも、針葉樹チップ、広葉樹チップ、新聞紙、ダンボール、雑誌、稲わら、とうもろこし茎、葉、籾殻、パーム殻、ココナッツ殻、及び藻類からなる群から選択される１種以上が入手容易性の観点から好ましい。
【００１４】
セルロース含有原料中の水分含量は、２０質量％以下が好ましく、１５質量％以下がより好ましく、１０質量％以下が更に好ましく、５質量％が更により好ましく、３．５質量％が更により好ましい。また、セルロース含有原料中の水分含量は、生産性向上の観点から、０．１質量％以上が好ましい。セルロース含有原料中の水分含量が２０質量％以下であれば、後述する粉砕処理によって容易に粉砕することができ、原料中のセルロースからリグニンを剥離しやすく、また、ミル内部に粉砕物が固着せずに乾式にて処理することができる。
【００１５】
［粉砕処理］
本発明のセルロース含有製糖原料は、前記セルロース含有原料を、ロッドを充填した振動ミルで粉砕処理することにより得られる。ロッドを充填した振動ミルで粉砕処理することにより、リグニンをセルロースから効率的に剥離させることができる。
【００１６】
（振動ミル）
本発明で用いられる振動ミルとしては、中央化工機株式会社製の振動ミル、ユーラステクノ株式会社製のバイブロミル、株式会社吉田製作所製の小型振動ロッドミル１０４５型、ドイツのフリッチュ社製の振動カップミルＰ−９型、日陶科学株式会社製の小型振動ミルＮＢ−Ｏ型等を用いることができる。処理方法としては、バッチ式、連続式のどちらでもよい。
【００１７】
（ロッド）
振動ミルに充填するロッドとは棒状の媒体であり、ロッドの断面が四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等のものを用いることができる。
ロッドの材質としては、特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、チッ化ケイ素、ガラス等が挙げられる。
【００１８】
ロッドの外径としては、好ましくは０．５〜２００ｍｍ、より好ましくは１〜１００ｍｍ、更に好ましくは５〜５０ｍｍの範囲である。ロッドの長さとしては、粉砕機（振動ミル）の容器の長さよりも短いものであれば特に限定されない。ロッドの大きさが上記の範囲であれば、所望の粉砕力が得られるとともに、ロッドのかけら等が混入してセルロース含有原料が汚染されることなく、リグニンをセルロースから効率的に剥離させることができる。
【００１９】
ロッドの充填率は、振動ミルの機種により好適な範囲が異なるが、好ましくは１０〜９７％、より好ましくは１５〜９５％の範囲である。充填率がこの範囲内であれば、セルロースとロッドとの接触頻度が向上するとともに、媒体の動きを妨げずに、粉砕効率を向上させることができる。ここで充填率とは、振動ミルの容積に対するロッドの見かけの体積をいう。
【００２０】
（処理条件）
振動ミルの処理時間としては、振動ミルの種類、ロッドの種類、大きさ及び充填率等により一概に決定できないが、リグニンをセルロースから剥離させる観点及びセルロースの変性（架橋等）に伴う糖化効率の低下抑制の観点から、２〜４８時間が好ましく、２〜２４時間がより好ましく、４〜１２時間が更に好ましい。処理時間が短すぎるとリグニンの剥離が十分ではなく、処理時間が長すぎるとセルロースの変性（架橋等）が生じ、いずれも糖化効率が低下してしまう。
振動ミルの処理温度は特に制限されないが、熱による劣化を防ぐ観点から、好ましくは５〜２５０℃、より好ましくは１０〜２００℃である。
【００２１】
上記粉砕処理により得られる本発明のセルロース含有製糖原料の平均粒径は、糖化反応における化学反応性及び取扱い性の観点から、好ましくは２５〜１５０μｍ、より好ましくは３０〜１００μｍである。平均粒径が２５μｍ以上であれば、非晶化セルロースを水などの液体と接触させたときに「ママコ」になることを抑えることができる。
【００２２】
また、本発明における振動ミル処理には、ロッドを充填した振動ミルでの粉砕をより効率的に行う観点から、嵩密度が１００ｋｇ／ｍ3以上のセルロース含有原料を用いることが好ましく、１２０ｋｇ／ｍ3以上がより好ましく、１５０ｋｇ／ｍ3以上が更に好ましい。この嵩密度が１００ｋｇ／ｍ3以上であれば、セルロース含有原料が適度な容積を有するために取扱い性が向上する。また、振動ミルへ原料仕込み量を多くすることができるので、処理能力が向上する。一方、この嵩密度の上限としては、取扱い性及び生産性の観点から、好ましくは５００ｋｇ／ｍ3以下、より好ましくは４００ｋｇ／ｍ3以下、更に好ましくは３５０ｋｇ／ｍ3以下である。これらの観点から、この嵩密度としては、好ましくは１００〜５００ｋｇ／ｍ3、より好ましくは１２０〜４００ｋｇ／ｍ3、更に好ましくは１５０〜３５０ｋｇ／ｍ3である。嵩密度が１００ｋｇ／ｍ3未満のセルロース含有原料を用いる場合は、前処理を行い、嵩密度を１００〜５００ｋｇ／ｍ3にすることが好ましい。
前記嵩密度は、常法により測定することができ、例えば、ホソカワミクロン株式会社製の「パウダーテスター」（商品名）を用いて測定することができる。
【００２３】
振動ミルに供給するセルロース含有原料は、振動ミル中に粉砕原料を効率的に分散させる観点から、平均粒径が０．０１〜１ｍｍの範囲にあるものが好ましい。この平均粒径が１ｍｍ以下であれば、振動ミル中に供給する際に、振動ミル中に粉砕原料を効率的に分散させることができ、長時間を要することなく所定の粒径に到達することができる。一方、この平均粒径の下限としては、生産性の観点から、０．０１ｍｍ以上が好ましい。これらの観点から、この平均粒径としては、０．０１〜０．７ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．５ｍｍが更に好ましい。
平均粒径は、常法により測定することができ、例えば、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置「ＬＡ−９２０」（株式会社堀場製作所製、商品名）を用いて測定することができる。
【００２４】
［振動ミル粉砕の前処理］
本発明では、振動ミルに供給するセルロース含有原料を前処理することが好ましい。例えば、セルロース含有原料を押出機で処理することで、セルロース含有原料の嵩密度及び平均粒径を、前述の好ましい範囲にすることができる。また、低水分率のセルロース含有原料を得るために乾燥工程を前処理に含めることが好ましい。
【００２５】
セルロース含有原料を押出機に投入する前には粗粉砕しておくことが好ましい。粗粉砕物の大きさとしては、好ましくは１〜５０ｍｍ、より好ましくは１〜３０ｍｍである。１〜５０ｍｍに粗粉砕することにより、押出機処理を効率よく容易に行うことができ、粉砕に要する負荷を軽減することができる。
【００２６】
セルロース含有原料を粗粉砕する方法としては、シュレッダー又はロータリーカッターを使用する方法が挙げられる。ロータリーカッターを使用する場合、得られる粗粉砕物の大きさは、スクリーンの目開きを変えることにより、制御することができる。スクリーンの目開きは、１〜５０ｍｍが好ましく、１〜３０ｍｍがより好ましい。スクリーンの目開きが１ｍｍ以上であれば、適度な嵩高さを有する粗粉砕物が得られ取扱い性が向上する。スクリーンの目開きが５０ｍｍ以下であれば、後の粉砕処理において、粉砕原料として適度な大きさを有するために、負荷を低減することができる。
【００２７】
前記セルロース含有原料、好ましくは前記粗粉砕したセルロース含有原料を押出機で処理することにより、圧縮せん断力を作用させ、セルロースの結晶構造を破壊して、セルロース含有原料を粉末化させることができる。
【００２８】
さらに前記セルロース含有原料、好ましくは前記粗粉砕した、さらに好ましくは前記押出機で処理したセルロース含有原料を乾燥することにより、いっそうセルロース結晶構造の破壊が効率的に進行する。
【００２９】
圧縮せん断力を作用させて機械的に粉砕する方法として、従来よく用いられる衝撃式の粉砕機、例えば、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル等では、粉砕物が綿状化して嵩高くなり、取扱い性を損ない、質量ベースの処理能力が低下する。一方、押出機を用いることにより、所望の平均粒径及び嵩密度を有する粉砕原料が得られ、取扱い性を向上させることができる。
【００３０】
押出機としては、単軸、二軸のどちらの形式でもよいが、搬送能力を高める等の観点から、二軸押出機が好ましい。
二軸押出機としては、シリンダの内部に２本のスクリューが回転自在に挿入された押出機であり、従来から公知のものが使用できる。２本のスクリューの回転方向は、同一でも逆方向でもよいが、搬送能力を高める観点から、同一方向の回転が好ましい。
また、スクリューの噛み合い条件としては、完全噛み合い、部分噛み合い、非噛み合いの各形式の押出機のいずれでもよいが、処理能力を向上させる観点から、完全噛み合い型、部分噛み合い型が好ましい。
【００３１】
押出機としては、強い圧縮せん断力を加える観点から、スクリューのいずれかの部分に、いわゆるニーディングディスク部を備えることが好ましい。
ニーディングディスク部とは、複数のニーディングディスクで構成され、これらを連続して、一定の位相で、例えば９０°ずつに、ずらしながら組み合わせたものであり、スクリューの回転にともなって、ニーディングディスク間あるいはニーディングディスクとシリンダの間の狭い隙間にセルロース含有原料を強制的に通過させることで極めて強いせん断力を付与することができる。スクリューの構成としては、ニーディングディスク部と複数のスクリューセグメントとが交互に配置されることが好ましい。二軸押出機の場合、２本のスクリューが、同一の構成を有することが好ましい。
【００３２】
処理方法としては、前記セルロース含有原料、好ましくは前記粗粉砕したセルロース含有原料を押出機に投入し、連続的に処理する方法が好ましい。せん断速度としては、１０ｓｅｃ-1以上が好ましく、２０〜３００００ｓｅｃ-1がより好ましく、５０〜３０００ｓｅｃ-1が特に好ましい。せん断速度が１０ｓｅｃ-1以上であれば、有利に粉砕が進行する。その他の処理条件としては、特に制限はなく、好ましくは処理温度５〜２００℃である。
【００３３】
また、押出機によるパス回数としては、１パスでも十分効果を得ることができるが、セルロースの結晶化度及び重合度を低下させる観点から、１パスで不十分な場合は、２パス以上行うことが好ましい。また、生産性の観点からは、１〜１０パスが好ましい。パスを繰返すことにより、粗大粒子が粉砕され、粒径のばらつきが少ない粉末状セルロース含有原料を得ることができる。２パス以上行う場合、生産能力を考慮し、複数の押出機を直列に並べて処理を行ってもよい。
【００３４】
また、前記セルロース含有原料の乾燥における乾燥方法としては、公知の乾燥手段を適宜選択すればよいが、例えば、熱風受熱乾燥法、伝導受熱乾燥法、除湿空気乾燥法、冷風乾燥法、マイクロ波乾燥法、赤外線乾燥法、天日乾燥法、真空乾燥法等が挙げられる。
【００３５】
上記の乾燥方法において、公知の乾燥機を適宜選択して使用することができ、例えば、「粉体工学概論」（社団法人日本粉体工業技術会編集，粉体工学情報センター発行，１９９５年）１７６頁に記載の乾燥機等が挙げられる。
これらの乾燥方法及び乾燥機は１種でも又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。乾燥処理はバッチ処理、連続処理のいずれでも可能である。
【００３６】
＜糖の製造方法＞
本発明のセルロース含有製糖原料は、リグニンがセルロースから適度に剥離しているため、セルラーゼ等の酵素を作用させて糖化することにより、効率よく糖を製造することができる。
【００３７】
［セルラーゼ等の酵素による糖化］
本発明のセルロース含有製糖原料に、セルラーゼを作用させて糖化することにより、グルコースもしくは、セロビオース、セロトリオースといったオリゴ糖等の混合物を得ることができる。糖化処理後にエタノール発酵や乳酸発酵に使用する場合等を考慮すると単糖まで分解することが好ましい。ここでいうセルラーゼとは、セルロースのβ−１，４−グルカンのグリコシド結合を加水分解する酵素を指し、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼまたはセロビオヒドロラーゼ、及びβ−グルコシダーゼ等と称される酵素の総称である。また、キシラナーゼ等のヘミセルラーゼを同時に作用させることにより、糖化の効率を上げることが可能である。
かかる糖化の処理に使用されるセルラーゼやヘミセルラーゼとしては特に制限はなく、市販のセルラーゼ製剤や、動物、植物、微生物由来のものを使用することができる。
【００３８】
セルラーゼの例としては、セルクラスト１．５Ｌ（ノボザイムズ社製、商品名）等のトリコデルマ  リーゼ(Trichoderma reesei)由来のセルラーゼ製剤やバチルス  エスピー(Bacillus sp.)KSM-N145（FERM P-19727）株由来のセルラーゼ、またはバチルス  エスピー(Bacillus sp.)KSM-N252（FERM P-17474）、バチルス  エスピー(Bacillus sp.)KSM-N115（FERM P-19726）、バチルス  エスピー(Bacillus sp.)KSM-N440（FERM P-19728）、バチルス  エスピー(Bacillus sp.)KSM-N659（FERM P-19730）等の各株由来のセルラーゼ、更には、トリコデルマ  ビリデ(Trichoderma viride)、アスペルギルス  アクレアタス(Aspergillus acleatus)、クロストリジウム  サーモセラム(Clostridium thermocellum)、クロストリジウム  ステルコラリウム(Clostridium stercorarium)、クロストリジウム  ジョスイ(Clostridium josui)セルロモナス  フィミ(Cellulomonas fimi)、アクレモニウム  セルロリティクス(Acremonium cellulolyticus)、イルペックス  ラクテウス(Irpex lacteus)、アスペルギルス  ニガー(Aspergillus niger)、フミコーラ  インソレンス(Humicola insolens)由来のセルラーゼ混合物やパイロコッカス  ホリコシ(Pyrococcus horikoshii)由来の耐熱性セルラーゼ等が挙げられる。これらの中で、好ましくはトリコデルマ  リーゼ(Trichoderma reesei)、トリコデルマ  ビリデ(Trichoderma viride)、あるいはフミコーラ  インソレンス(Humicola insolens)由来のセルラーゼ、例えばセルクラスト１．５Ｌ（ノボザイムズ社製、商品名）、ＴＰ−６０（明治製菓株式会社製、商品名）、あるいはウルトラフロＬ（ノボザイムズ社製、商品名）を用いることにより、効率よく糖が製造できる。
【００３９】
また、ヘミセルラーゼの例としては、バチルス  エスピー(Bacillus sp.)KSM-N546（FERM P-19729）由来のキシナラーゼのほか、アスペルギルス  ニガー(Aspergillus niger)、トリコデルマ  ビリデ(Trichoderma viride)、フミコーラ  インソレンス(Humicola insolens)、バチルス  アルカロフィルス(Bacillus alcalophilus)由来のキシラナーゼ、更には、サーモマイセス(Thermomyces)、オウレオバシジウム(Aureobasidium)、ストレプトマイセス(Streptomyces)、クロストリジウム(Clostridium)、サーモトガ(Thermotoga)、サーモアスクス(Thermoascus)、カルドセラム(Caldocellum)、サーモモノスポラ(Thermomonospora)属由来のキシラナーゼ等が挙げられる。また上記のセルラーゼ混合物中に含まれるヘミセルラーゼ活性を持つ酵素を利用することもできる。
【００４０】
これらの酵素を単独で用いることもできるが、更に効率的な糖の製造にはこれら酵素を組み合わせて用いることが効果的である。またこれらの酵素に対してβ−グルコシダーゼ等の特定のセルラーゼ成分を更に添加することによって糖製造の効率を向上させることもできる。添加するβ−グルコシダーゼの例としてはアスペルギルス  ニガー(Aspergillus niger)由来の酵素（例えば、ノボザイムズ社製ノボザイム１８８（商品名）やメガザイム社製β−グルコシダーゼ）やトリコデルマ  リーゼ(Trichoderma reesei)、ペニシリウム  エメルソニイ(Penicillium emersonii)由来の酵素等が挙げられる。
【００４１】
本発明のセルロース含有製糖原料をセルラーゼによる酵素処理で糖化する場合の反応条件について、本発明のセルロース含有製糖原料中のリグニンの剥離度や、使用する酵素により適宜選択することができる。
例えば、前記抽出物量が３０質量％であるセルロース含有製糖原料を基質とし、セルラーゼとしてノボザイムズ社製のセルクラスト１．５Ｌ（商品名）を使用する場合は、０．５〜２０％（ｗ／ｖ）の基質懸濁液に対してセルラーゼを０．００１〜１５％（ｖ／ｖ）（タンパク質として０．０００１７〜２．５％相当）となるように添加し、ｐＨ２〜１０の緩衝液中、反応温度１０〜９０℃で、反応させることにより糖を製造することができる。
緩衝液のｐＨは、用いる酵素の種類により適宜選択することが好ましく、例えば、セルラーゼとしてノボザイムズ社製のセルクラスト１．５Ｌ（商品名）を使用する場合、好ましくはｐＨ３〜７、より好ましくはｐＨ４〜６である。
反応温度は、用いる酵素の種類により適宜選択することが好ましく、例えば、セルラーゼとしてノボザイムズ社製のセルクラスト１．５Ｌ（商品名）を使用する場合、好ましくは２０〜７０℃、より好ましくは４０〜６０℃である。
反応時間は、好ましくは３０分〜５日間であり、より好ましくは０．５〜３日間である。
【実施例】
【００４２】
実施例１
（１）セルロース含有製糖原料の調製
セルロース含有原料として、針葉樹チップ（松チップ）を用いた。その水分含量について、赤外線水分計（株式会社ケット科学研究所製、商品名「ＦＤ−６１０」）を使用し、１５０℃にて測定を行ったところ、３．５質量％であった。また、リグニン含有量をＫｌａｓｏｎリグニン法により測定したところ、２６質量％であった。
【００４３】
前記松チップを、振動ミル（中央化工機株式会社製、商品名「ＭＢ−１」、容器全容量３．５Ｌ）により粉砕処理することで、セルロース含有製糖原料を調製した。
まず、前記振動ミルに前記松チップを１００ｇ投入した。ロッドとして、直径３０ｍｍ、長さ２１８ｍｍ、材質ステンレス、断面形状が円形のロッドを用いた。前記ロッド１３本を前記振動ミルの容器内に充填（充填率５７％）して、振幅８ｍｍ、円回転１２００ｃｐｍの条件で６時間、粉砕処理を行った。なお、処理終了後、振動ミル内の壁面や底部にパルプの固着物等はみられなかった。
【００４４】
前記振動ミルからセルロース含有製糖原料を取り出し、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置「ＬＡ−９２０」（株式会社堀場製作所製、商品名）を用いて、セルロース含有製糖原料の平均粒径を測定した。測定条件は、粒径測定前に超音波で１分間処理し、測定時の分散媒体として水を用い、体積基準のメジアン径を、温度２５℃にて測定した。その結果、セルロース含有製糖原料の平均粒径は５２μｍであった。
【００４５】
得られたセルロース含有製糖原料について、ジオキサン／水（９６／４ｖｏｌ％）溶媒を用いて抽出を行った。
ビーカーに、ジオキサン９６ｖｏｌ％及び水４ｖｏｌ％からなる溶媒を、セルロース含有製糖原料１ｇ当たり１０ｍＬ入れ、４０℃、１２０ｒｐｍで２４時間撹拌させて抽出を行った。抽出液を、遠心分離した後に上澄み液を回収した。ビーカー中の残留物に対し、１ｇ当たり１０ｍＬの溶媒を加え、４０℃、１２０ｒｐｍで４８時間撹拌させて抽出を行い、抽出液を遠心分離した後に上澄み液を回収した。回収した上澄み液をあわせて減圧留去し、それにより得られた抽出物を秤量した。抽出率は前記数式により計算した。ここで、セルロース含有製糖原料中のリグニン質量は、粉砕処理前に測定したリグニン質量と同じである。その結果、抽出物量は１８質量％であった。
【００４６】
（２）糖化反応
上記で調製したセルロース含有製糖原料を基質として使用し、セルラーゼ酵素標品（セルクラスト１．５Ｌ、商品名、ノボザイムズ社製）による糖化反応を行った。前記セルロース含有製糖原料０．１５ｇを３ｍＬの酵素反応液中、５０℃で振とう撹拌しながら７２時間の酵素反応を行った。酵素反応液は、１Ｍ酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ５．０）、１．５％（ｖ／ｖ）セルラーゼ（タンパク質０．２５％相当）とした。反応終了後、遠心分離によって沈殿物と上清液を分離し、上清液に遊離した還元糖量をＤＮＳ法によって定量（グルコース換算）し、糖化率を求めた。その結果、７２時間後の糖化率は７２％であった。
【００４７】
実施例２〜４
粉砕処理時間をそれぞれ１２、２４、４８時間としたこと以外は実施例１と同様にしてセルロース含有製糖原料を調製し、糖化反応を行った。
結果を表１に示す。
【００４８】
比較例１
粉砕処理を行わず、セルロース含有原料をそのまま用いたこと以外は実施例１と同様にして糖化反応を行った。
結果を表２に示す。
【００４９】
比較例２
粉砕処理時間を０．５時間としたこと以外は実施例１と同様にしてセルロース含有製糖原料を調製し、糖化反応を行った。
結果を表２に示す。
【００５０】
比較例３
バッチ式振動ミル（中央化工機株式会社製「ＭＢ−１」、容器容積２．８Ｌ）を用い、前記振動ミルの容器内に、直径１０ｍｍのジルコニアボール１．８ｋｇを充填（充填率５３％）し、回転数１００ｒｐｍの条件で粉砕処理を行ったこと以外は実施例１と同様にしてセルロース含有製糖原料を調製し、糖化反応を行った。
結果を表２に示す。
【００５１】
比較例４
セルロース含有原料である松チップ（水分含量：３．５質量％、リグニン含有量：２６質量％）について粉砕処理を行う前にアルカリ蒸解してリグニンを除去したこと及び粉砕処理時間を０．５時間としたこと以外は実施例１と同様にしてセルロース含有製糖原料を調製し、糖化反応を行った。
結果を表２に示す。
【００５２】
【表１】
2011010617.tif 000002
【００５３】
【表２】
2011010617.tif 000003
【００５４】
表１及び２から明らかなように、セルロースに密着しているリグニンをセルロースから物理的に剥離し、全体のリグニンのわずか１５％以上剥離させることで、セルロース含有原料の構造の破壊を促し、酵素反応をより促進させることができるという、意外性に富んだ結果が得られた。
粉砕処理を行わなかった比較例１、粉砕時間が短い比較例２、及びボールミルを用いて粉砕処理を行った比較例３は、いずれもリグニンがセルロースから十分に剥離しなかったために糖化効率に劣るものであった。また、粉砕処理の前にアルカリ蒸解による脱リグニン処理を行った比較例４は、アルカリ蒸解処理に加えて、その後に原料を乾燥させる必要があったり、原料の乾燥を行わない場合には振動ミル内の壁面や底部にパルプが固着したりするため、処理工程が増え、コストが高く、生産性に劣るものであった。
これに対し、実施例１〜４はいずれも、セルロース含有原料中にリグニンが多量に存在していてもリグニンがセルロースから適度に剥離されているため、効率よく糖を製造できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のセルロース含有製糖原料は、糖化の処理に使用されるセルラーゼやヘミセルラーゼとの反応性に優れ、糖を効率よく生産することができる。また、本発明のセルロース含有製糖原料を用いた糖の製造方法は、生産性に優れ、水蒸気蒸留や水熱処理等の工程を行うことなく、効率的に糖を製造することができる。得られた糖はエタノールや乳酸等の発酵生産等に有用である。