(57)【要約】【課題】設備調達コストが低減でき且つランニングコストを低減することのできるセルロースの分解方法を提供することを課題とする。【解決手段】セルロースを、酸性電解水に混合し、得られた混合物を、最高温度が２１０℃で飽和蒸気圧１．９ＭＰａの条件下で、撹拌することで、糖類を得る。【効果】温度を大幅に下げる（例えば、従来３２０℃→本発明２１０℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（例えば、従来２０ＭＰａ→本発明１．９ＭＰａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースの分解方法であって、
前記セルロースを、酸性電解水に混合し、
得られた混合物を、最高温度が２１０℃で飽和蒸気圧の条件下で、撹拌することで、糖類を得ることを特徴とするセルロースの分解方法。
【請求項２】
セルロースの分解方法であって、
前記セルロースを、酸性電解水に混合し、
得られた混合物を、最高温度が２００℃で、最高圧力が２．０ＭＰａの条件下で、撹拌することで、糖類を得ることを特徴とするセルロースの分解方法。
【請求項３】
セルロースの分解方法であって、
前記セルロースを、ハイドロキシルラジカルが含まれている電解水に混合し、
得られた混合物を、最高温度が２３０℃で飽和蒸気圧の条件下で、撹拌することで、ヒドロキシメチルフルフラールを得ることを特徴とするセルロースの分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロースを分解して糖類又はヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹木に含まれるセルロースから糖類などが得られれば、人類の食物資源として有益である。しかし、セルロースは難分解物質である。そこで、従来から種々の分解方法が提案されてきた（例えば、特許文献１（請求項１、３）参照。）。
【０００３】
特許文献１の請求項１に、セルロースを超臨界水又は亜臨界水で可溶化した後、セルラーゼ製剤を添加し、更に加水分解することによりグルコース及び／又はセロオリゴ糖を得る方法が記載されている。そして、同請求項３に、超臨界水又は亜臨界水の温度を３２０℃〜５００℃とし、圧力を２０ＭＰａ〜５０ＭＰａにすることが記載されている。
【０００４】
セルロースは難分解物質であるため、３２０℃以上で２０ＭＰａ（約２０４ｋｇｆ／ｃｍ２）以上もの高温高圧で処理せざるをえない。しかし、高温に保つには大量の熱エネルギーが必要となる。また、高圧に保つには耐圧設備が必要となる。したがって、特許文献１の方法では設備調達コストが嵩む上にランニングコストも嵩むことになる。
省資源が求められる今日においては、設備調達コストが低減でき且つランニングコストを低減することのできるセルロースの分解方法が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９５５９４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、設備調達コストが低減でき且つランニングコストを低減することのできるセルロースの分解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】
【０００７】
請求項１に係る発明は、セルロースの分解方法であって、
前記セルロースを、酸性電解水に混合し、
得られた混合物を、最高温度が２１０℃で飽和蒸気圧の条件下で、撹拌することで、糖類を得ることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、セルロースの分解方法であって、
前記セルロースを、酸性電解水に混合し、得られた混合物を、最高温度が２００℃で、最高圧力が２．０ＭＰａの条件下で、撹拌することで、糖類を得ることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、セルロースの分解方法であって、
前記セルロースを、ハイドロキシルラジカルが含まれている電解水に混合し、得られた混合物を、最高温度が２３０℃で飽和蒸気圧の条件下で、撹拌することで、ヒドロキシメチルフルフラールを得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、温度を大幅に下げる（例えば、従来３２０℃→本発明２１０℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（例えば、従来２０ＭＰａ→本発明１．９ＭＰａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、温度を大幅に下げる（例えば、従来３２０℃→本発明２００℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（例えば、従来２０ＭＰａ→本発明２．０ＭＰａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、温度を大幅に下げる（例えば、従来３２０℃→本発明２３０℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（例えば、従来２０ＭＰａ→本発明２．８ＭＰａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。
【００１３】
なお、ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）は、血圧降下作用や高血圧症の改善、糖尿病などの改善作用が期待できる薬剤成分である。従来、ＨＭＦは高価であったが、本発明によれば、ＨＭＦ製造の低コスト化が可能となり、安価で有益な薬剤が提供され、人類への貢献が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明で用いる酸性電解水生成装置の原理図である。
【図２】セルロースの分解装置の基本構造を説明する図である。
【図３】圧力と生成グルコースとの相関を示すグラフである。
【図４】本発明で用いるハイドロキシルラジカルが含まれている電解水の水生成装置の原理図である。
【図５】ＨＴＭのシグナル強度を示すクロマトグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
先ず、実施例１において、重要な物質である酸性電解水の製造原理を説明する。
図１に示されるように、酸性電解水生成装置１０は、電解槽１１と、この電解槽１１を左右に区分する陰イオン交換膜１２と、右のチャンバー１３に電解質水溶液を循環させる水溶液循環機構１４と、左のチャンバー１５へ水道水を供給する給水管１６と、左のチャンバー１５から酸性電解水を取り出す電解水取出し管１７と、右のチャンバー１３に収納されている陰極電極１８と、左のチャンバー１５に収納されている陽極電極１９と、これらの電極１８、１９に所定の電圧を印加する電源２１とからなる。
【００１７】
右のチャンバー１３には塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液を満たし、水溶液循環機構１４で循環させる。
左のチャンバー１５には水道水（Ｈ２Ｏ＋Ｃｌ−）を満たす。そして、電源２１で電極１８、１９に所定の電圧を印加する。
【００１８】
すると、右のチャンバー１３では、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が分解され、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）と塩素イオン（Ｃｌ−）とが生成される。
陰イオン交換膜１２は、陰イオンのみを通過させるため、塩素イオン（Ｃｌ−）が左のチャンバー１５へ移動する。
【００１９】
左のチャンバー１５では、水道水に含まれる塩素イオン（Ｃｌ−）に右のチャンバー１３からの塩素イオン（Ｃｌ−）が加わり、塩素イオン（Ｃｌ−）の濃度が増し、水道水に含まれる水（Ｈ２Ｏ）の存在下で次の反応が進行する。
【００２０】
【化１】
2011115061.tif 000002
【００２１】
すなわち、塩素イオン（Ｃｌ−）から塩素（Ｃｌ２）が生成する。この塩素（Ｃｌ２）が水と反応して、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生成する。また、水が電気分解されて、酸素（Ｏ２）と水素イオン（Ｈ−）とが生成される。
【００２２】
結果、電解水取出し管１７で、水素イオン（Ｈ−）及び次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を含む酸性電解水を取り出すことができる。この酸性電解水は、ナトリウムが含まれていない、ナトリウムフリー酸性電解水である。
【００２３】
次に、セルロースの分解装置の基本構造を説明する。
セルロースの分解装置３０は、図２に示すように、上部が開口しているとともに上部にフランジ３１を有し、下部に半球殻状の底を有する筒型の圧力容器３２と、この圧力容器３２の上部開口に被せる蓋３３と、この蓋３３に設けた撹拌モータ３４、液体供給管３５、圧力計３６及び熱電対保護管３７と、この熱電対保護管３７に収納されている熱電対の電気的情報を温度情報に変換する温度計３８と、圧力容器３２を囲うジャケット３９と、このジャケット３９に付属されるヒータ４１及び水冷管４２と、撹拌モータ３４から下げられた撹拌羽根４３からなる。
【００２４】
圧力容器３２に粒状のセルロールを入れ、蓋３３を閉じる。そして、液体供給管３５を通じて、酸性電解水を所定量供給する。得られた混合物を、ヒータ４１で加熱し、温度計３８で温度を監視し、圧力計３６で圧力を監視しながら、撹拌羽根４３で撹拌する。なお、圧力を制御するために、不活性ガス吹き込み管や圧逃がし管を付属することが好ましい。
【００２５】
以上の装置を用いて実施した実験例を次に説明する。
【００２６】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
【００２７】
○混合工程：
セルロース：微結晶、２ｇ
電解水：ナトリウムフリー酸性電解水又は精製水、９８ｇ
なお、精製水は逆浸透膜処理水であり、比較実験のために準備した。
【００２８】
○適正温度を確認する実験：
圧力を飽和蒸気圧に保ち、温度を１７０℃、２００℃、２１０℃、２２０℃、２３０℃に変化させることで、生成グルコース量を調べた。その結果を次表に示す。
【００２９】
【表１】
2011115061.tif 000003
【００３０】
実験１では、比較対照のためにセルロース２ｇに精製水９８ｇを加え、１７０℃、飽和蒸気圧（０．８ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったが、グルコースは生成しなかった。
実験２では、比較対照のためにセルロース２ｇに精製水９８ｇを加え、２００℃、飽和蒸気圧（１．６ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、グルコースは８ｐｐｍ生成した。
【００３１】
実験３では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、１７０℃、飽和蒸気圧（０．８ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、５２７ｐｐｍのグルコースが生成した。
実験４では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２００℃、飽和蒸気圧（１．６ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、４７２７ｐｐｍものグルコースが生成した。
【００３２】
実験５では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２１０℃、飽和蒸気圧（１．９ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、１２１５２ｐｐｍものグルコースが生成した。
実験６では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２２０℃、飽和蒸気圧（２．３ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、１０７１２ｐｐｍものグルコースが生成した。
実験７では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２３０℃、飽和蒸気圧（２．８ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、２７４ｐｐｍのグルコースが生成した。
【００３３】
以上の実験から、次のことが確認できた。
実験１、２で使用した精製水には、セルロースを分解する作用が殆ど認められない。一方、実験３〜７で使用した酸性電解水には、セルロースを分解する作用が認められた。
実験３〜７においては、実験５（２１０℃）が最良で、実験６（２２０℃）がこれに続き、実験４（２００℃）がこれに続いた。
一方、実験４（２００℃）の方が、実験７（２３０℃）より好成績であった。そのため、飽和蒸気圧のもとでは、２００℃〜２３０℃の範囲が好ましく、２１０℃が最適温度であることが確認できた。
【００３４】
従来の技術の項で述べたように、難分解物質であるセルロースは、高温（３２０℃以上）、高圧（２０ＭＰａ以上）下で処理することが、従来行われてきた。
一方、酸性電解水を用いる本発明によれば、最高温度２１０℃、飽和蒸気圧’（１．９ＭＰａ）で、セルロースの処理が可能となった。
【００３５】
温度を大幅に下げる（３２０℃→２１０℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（２０ＭＰａ→１．９ＭＰａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。
【００３６】
次に、酸性電解水、温度一定の条件で、適正な圧力を調べることにした。
○適正な圧力を確認する実験：
温度を２００℃に保ち、圧力を２．０ＭＰａ、２．５ＭＰａ、３．０ＭＰａ、５．０ＭＰａと変化させることで、生成グルコース量を調べた。その結果を次表に示す。
【００３７】
【表２】
2011115061.tif 000004
【００３８】
実験４は、表１の実験４を再掲した。
実験８では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２００℃、２．０ＭＰａの条件で３０分間撹拌を行ったところ、９５３７ｐｐｍものグルコースが生成した。
実験９では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２００℃、２．５ＭＰａの条件で３０分間撹拌を行ったところ、９７７９ｐｐｍものグルコースが生成した。
【００３９】
実験１０では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２００℃、３．０ＭＰａの条件で３０分間撹拌を行ったところ、１０４４８ｐｐｍのグルコースが生成した。
実験１１では、セルロース２ｇに本発明の酸性電解水９８ｇを加え、２００℃、５．０ＭＰａの条件で３０分間撹拌を行ったところ、１０３１３ｐｐｍのグルコースが生成した。
【００４０】
圧力と生成グルコースとの相関を、図３に示す。
グラフに示されるように、実験４（１．６ＭＰａ）に比較して、実験８（２．０ＭＰａ）は生成グルコース量が倍増した。圧力増加が生成量増加に繋がることが確認できた。しかし、実験９（２．５Ｐａ）や実験１０（３ＭＰａ）は期待したほど増加しない。そして、実験１１（５ＭＰａ）は生成グルコース量の増加が認められず、むしろ減少傾向にあった。
したがって、２００℃での適正圧力は２．０ＭＰａであることが確認できた。
【００４１】
従来の技術の項で述べたように、難分解物質であるセルロースは、高温（３２０℃以上）、高圧（２０ＭＰａ以上）下で処理することが、従来行われてきた。
一方、酸性電解水を用いる本発明によれば、最高温度２００℃、最高圧力２．０ＭＰａで、セルロースの処理が可能となった。
【００４２】
温度を大幅に下げる（３２０℃→２００℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（２０ＭＰａ→２．０Ｐａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。
【実施例２】
【００４３】
実験例１で用いた酸性電解水を、ハイドロキシルラジカルが含まれている電解水に代えても作用効果が発揮されるか否かを確認するために実施例２で、別途実験を実施する。
【００４４】
実施例２において、重要な物質であるハイドロキシルラジカルが含まれている電解水（以下、ＯＨラジカル電解水とも言う。）の製造原理を説明する。
図４に示されるように、ＯＨラジカル電解水生成装置５０は、電解槽５１と、この電解槽５１を左右に区分するイオン透過膜５２と、右のチャンバー５３に収納されている電極５４と、左のチャンバー５５に収納されている電極５６と、これらの電極５４、５６に所定の電圧を印加する電源５７と、スイッチ５８、５９とからなる。
【００４５】
電解槽５１に塩化ナトリウム又は塩化カリウムを含む原水６１を供給する。
図のようにスイッチ５８、５９が左に倒れていると、左の電極５６が陽極電極となり、右の電極５４が陰極電極となる。
すると、陰極側である右のチャンべー５３では次に示す反応が起こる。
【００４６】
【化２】
2011115061.tif 000005
【００４７】
すなわち、右のチャンバー５３に水酸イオン（ＯＨ−）が生成される。
次に、スイッチ５８、５９を図右へ切り換えると、右の電極５４が陽極電極となり、左の電極５６が陰極電極となる。
すると、右のチャンバー５３では、水酸イオン（ＯＨ−）から過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び酸素（Ｏ２）が生成される。加えて、水の電気分解により酸素（Ｏ２）が生成し、塩素イオン（Ｃｌ−）から塩素ガス（Ｃｌ２）が生成される。以上の反応は次の通りである。
【００４８】
【化３】
2011115061.tif 000006
【００４９】
スイッチ５８、５９を図左右に切り換えることで、水酸イオン（ＯＨ−）の生成と、この水酸イオン（ＯＨ−）に基づく過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）等の生成とが交互に行われる。
一定時間経過後に右のチャンバー５３に、水酸イオン（ＯＨ−）や過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が含まれた電解水が生成される。この電解水では次に示す反応が起こっていると推定される。
【００５０】
【化４】
2011115061.tif 000007
【００５１】
（・ＯＨ）はハイドロキシルラジカルであって、右のチャンバー５３にハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水が、生成される。
計測データは省略するが、得られたハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水は、生成後２８．５時間経過してもラジカル性が維持されていた。したがって、この電解水の寿命は２４時間以上であり、取扱い性が良好である。
【００５２】
以上のハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水をセルロースと共に、図３のセルロースの分解装置３０に投入して実施した実験例を次に説明する。
【００５３】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
【００５４】
○混合工程：
セルロース：微結晶、２ｇ
電解水：ハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水、９８ｇ
【００５５】
○適正圧力を確認する実験：
温度を２００℃一定とし、圧力を飽和蒸気圧又は５．０ＭＰａに保って生成ＨＭＦ（ヒドロキシメチルフルフラール）を調べた。その結果を次表に示す。
なお、図５に示すように、撹拌後の溶液をＴＩＣクロマトグラフにかけると成分毎のシグナル強度が検出される。この中から、ＨＴＭのシグナル強度を求めることができる。
【００５６】
【表３】
2011115061.tif 000008
【００５７】
実験１１では、セルロースに本発明のハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水を加え、２００℃、飽和蒸気圧（１．６ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、シグナル強度２４．２のＨＭＦが検出された。
実験１２では、セルロースに本発明のハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水を加え、２００℃、５．０ＭＰａの条件で３０分間撹拌を行ったところ、シグナル強度１５．５のＨＭＦが検出された。
【００５８】
実験１２（２００℃、５．０ＭＰａ）は、高圧にしたにも拘わらず、実験１１（２００℃、飽和蒸気圧）より、シグナル強度は小さかった。
したがって、圧力は飽和蒸気圧が推奨される。
【００５９】
そこで、ハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水、飽和蒸気圧の条件で、適正な温度を調べることにした。
○適正な温度を確認する実験：
圧力を飽和蒸気圧に保ち、温度を２３０℃、２５０℃と変化させることで、ＨＭＦのシグナル強度を調べた。その結果を次表に示す。
【００６０】
【表４】
2011115061.tif 000009
【００６１】
実験１１は、表３の実験１１を再掲した。
実験１３では、セルロースに本発明のハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水を加え、２３０℃、飽和蒸気圧（２．８ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、シグナル強度２４１．０のＨＭＦが検出された。
実験１４では、セルロースに本発明のハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水を加え、２５０℃、飽和蒸気圧（４．０ＭＰａ）の条件で３０分間撹拌を行ったところ、シグナル強度は微弱でＨＭＦは検出されなかった。
【００６２】
実験１３（２３０℃）に比較して、温度を上げたにも拘わらず、実験１４（２５０℃）はＨＭＦのシグナル強度の増加が認めらなかった。
したがって、飽和蒸気圧での最適温度は２３０℃であることが確認できた。
【００６３】
従来の技術の項で述べたように、難分解物質であるセルロースは、高温（３２０℃以上）、高圧（２０ＭＰａ以上）下で処理することが、従来行われてきた。
しかし、ハイドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む電解水を用いる本発明によれば、最高温度２３０℃、最高圧力２．８ＭＰａ（飽和蒸気圧相当）で、セルロースの処理が可能となった。
【００６４】
温度を大幅に下げる（３２０℃→２３０℃）ことができるので、省エネルギーを図ることができ、圧力を大幅に下げる（２０ＭＰａ→２．８ＭＰａ）ことができるので、処理設備の調達コストを大幅に下げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、セルロースを分解して糖類又はヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を製造する技術に好適である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…酸性電解水を生成する酸性電解水生成装置、３０…セルロースの分解装置、５０…ハイドロキシルラジカルが含まれている電解水を生成するＯＨラジカル電解水生成装置。
【図１】
2011115061.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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