(57)【要約】      （修正有）【課題】炭酸カルシウムを含むセルロース含有物を糖化する方法の提供。【解決手段】炭酸カルシウムを含むセルロース含有物４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（酵素５）を加え、少なくともセルロースが中性ないしアルカリ性領域で加水分解されて生成した溶解性の糖を含有する糖含有液を得る第１の工程（糖化工程１）と、糖含有液を固液分離して炭酸カルシウムを含む糖化残渣６を除去し、糖含有液７を得る第２の工程（固液分離工程２）と、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（酵素８）を加え、中性ないし酸性領域でグルコースを含む低分子の糖を含む糖化液９を得る第３の工程からなる糖化方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース含有物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を加え、中性ないしアルカリ性領域で酵素処理することにより低分子の糖まで分解する第１の工程と、固液分離により炭酸カルシウムを含む固形分をとり除く第２の工程と、得られた可溶成分に少なくともβ−グルコシターゼを含むセルラーゼを加え、中性ないし酸性領域において酵素処理することによりグルコースを含む低分子の糖を含む糖化液を得る第３の工程を有することを特徴とするセルロース含有物の糖化方法。
【請求項２】
前記第１の工程の低分子の糖が、単糖、単糖の縮合体で加水分解により単糖を生ずるオリゴ糖や多糖であることを特徴とする請求項１に記載のセルロース含有物の糖化方法。
【請求項３】
前記第１の工程の中性ないしアルカリ性領域が、ｐＨ７〜１０であることを特徴とする請求項１〜２いずれかに記載のセルロース含有物の糖化方法。
【請求項４】
前記第３の工程の中性ないし酸性領域が、ｐＨ４〜７であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のセルロース含有物の糖化方法。
【請求項５】
前記セルロース含有物が古紙、古紙を含む廃棄物、または紙パルプ工場の排水工程より発生する繊維分を含むペーパースラッジであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のセルロース含有物の糖化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸カルシウムを含むセルロース含有物を糖化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙に代表されるセルロース含有物を糖化する方法として、セルラーゼを用いた酵素処理による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。これらのセルラーゼは酸性〜中性領域に適性ｐＨを持つため、水溶液を酸性領域に調製し、酵素反応を行っている。
【０００３】
古紙類などのセルロース含有物を糖化してグルコースを得る方法としては特許文献１、２があるが、セルラーゼによる加水分解処理を中性〜アルカリ性領域でおこなっている方法、β‐グルコシターゼによる加水分解の前に炭酸カルシウムを含む固形分を除去する方法は見当たらない。
【特許文献１】特開２００２−１７６９９７号公報
【特許文献２】特開２００２−１８６９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、紙の高填料化が進み、古紙やペーパースラッジ等に含まれる炭酸カルシウムの割合が増加している。炭酸カルシウムの多い水溶液はｐＨが高く（ｐＨ７〜９）、酸性領域で酵素反応を行うためには多くの酸による調整が必要となる。したがって、本発明は、セルロース含有物の酸の消費量が少ない糖化方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するため、研究を重ねた結果、「中性ないしアルカリ性領域にてセルロースを低分子の糖まで分解をした後、脱水により炭酸カルシウムを含む固形分を取り除き、得られた可溶成分のみを中性ないし酸性領域、好ましくは、ｐＨ４〜７にてさらに酵素処理し、グルコースを含む糖化液を得る方法」に着目した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、炭酸カルシウムを含むセルロース含有物の糖化を効率的で、酸消費量の少ない方法で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明においてセルロース含有物としては、特に限定されるものはないが、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より発生する繊維分を含むスラッジなどが利用される。
【０００９】
図１は本発明のセルロース含有物の糖化方法の一実施形態を示す工程図である。まず糖化工程１（第１の工程）においては、必要に応じて前処理したセルロース含有物４に酵素５としてセルラーゼを加え、さらに必要に応じて水を供給し、最適なｐＨおよび温度で攪拌してセルラーゼによるセルロースの加水分解を行って、低分子の糖含有物を得る。一般的な古紙の前処理は酸やアルカリなどの薬品による処理や叩解、凍結粉砕等による機械的破壊等の形態を変えたり、繊維を短くしたりするような前処理と、裁断のみのシュレッディングや古紙に水を加えて単にミキシングし、繊維をほぐすだけの繊維を切断しない簡単な前処理がある。本発明においてはコストや処理の煩雑さを考慮して、後者の簡単な前処理が好ましい。
【００１０】
本発明の第１の工程に用いるセルラーゼは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み、中性〜アルカリ性領域、好ましくは、ｐＨ７〜１０で活性を持つものであればよく、特に限定されない。基質量に対するセルラーゼの使用量は、０．１〜３０重量％が好ましく、０．５〜５重量％が特に好ましい。
【００１１】
基質量に対するセルラーゼの使用量が、０．１重量％未満であると、酵素処理に長時間を要し、能力的に問題がある。また、３０重量％を超えると、酵素の使用量が多くなる割には処理能力がそれほど向上しないので、コスト的な問題がある。
糖化工程１における水の供給量はセルロース含有物４および酵素５を含むスラリーが攪拌可能な粘度となるように適宜設定しうる。反応条件は、ｐＨは中性〜アルカリ性領域（ｐＨ７〜１０）、温度40〜70℃程度が好ましい。
【００１２】
糖化工程１においては、セルロース含有物４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短繊維化や糖化され、短繊維、オリゴ糖や多糖、キシロ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。
【００１３】
攪拌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１０〜５０時間程度が好ましい。
【００１４】
次に第２の工程として、糖化工程１で得られた糖含有液を固液分離して（固液分離工程２）、固形分が除去された糖含有液７を得る。
【００１５】
糖化工程１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、セルラーゼ以外に、リグニンやヘミセルロース、炭酸カルシウム等の不溶性成分が含まれている。また、糖化工程３はｐＨを４〜７に調製することが望ましいが、炭酸カルシウム存在下では調製に必要な酸が多く必要となる。固液分離工程２において炭酸カルシウム等の不溶性成分を除去することで、第３の工程の効率を上げ、さらに、酸の必要量を減らすことができる。
【００１６】
固液分離の方法としては濾布、濾過膜、遠心等により、炭酸カルシウムを固形分として分離できる方法が好ましい。例えば、フィルタプレスによって脱水する方法が挙げられる。
【００１７】
この固液分離工程２では、リグニンやヘミセルロース、炭酸カルシウム等の不溶性物質が固相として除去され、液相すなわち固液分離工程２で得られた糖含有液７にはセロオリゴ糖やキシロオリゴ糖、多糖、キシロース等の低分子の溶解性の糖が生成される。セルラーゼの一部は基質であるセルロース等に吸着し、固形分とともに除去されるが、糖含有液７にも含まれる。
【００１８】
固液分離工程２で除去された固形分は、糖化残渣６として適宜、焼却処分する。または、除去された固形分はセルラーゼを含むため、セルロース含有物４と共に再び糖化処理を行うと、セルラーゼの供給量を減らすことができる。
【００１９】
次の第３の工程、糖化工程３では固液分離工程2で得られた糖を含む可溶成分にβ‐グルコシターゼを含むセルラーゼを加え、最適なｐＨおよび温度で攪拌して、セルラーゼによる低分子糖等の加水分解を行って、グルコースを含む糖化液９を得る。
【００２０】
本発明の第3の工程に用いるセルラーゼは少なくともβ‐グルコシターゼを含むものであればよく、特に限定されない。基質量に対するセルラーゼの使用量は０．１〜３０重量％が好ましく、０．５〜５重量％が特に好ましい。基質量に対するセルラーゼの使用量が、０．１重量％未満であると、酵素処理に長時間を要し、能力的に問題がある。また、３０重量％を超えると、酵素の使用量が多くなる割には処理能力がそれほど向上しないので、コスト的な問題がある。
【００２１】
糖化工程３における反応条件は、通常のセルラーゼによる糖化条件を適用する。例えばｐＨ４〜７、温度40〜70℃程度が好ましい。
【００２２】
糖化工程３においては主にオリゴ糖からグルコースへの加水分解が行われる。糖化液９にはグルコース、オリゴ糖等の糖類、セルラーゼ等が含まれる。
【００２３】
糖化工程３で得られた糖化液９は例えば、アルコール発酵や乳酸発酵等の発酵によって、有価物を生成する。
【実施例】
【００２４】
以下に具体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにする。
（実施例１）
セルロース含有物として、炭酸カルシウムを加え、ｐＨを８〜９に調製した広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）を用意した。糖化槽として、1lビーカーを用いた。酵素５として、最適ｐＨが中性ないしアルカリ性領域にある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市販のセルラーゼ（商品名：Novozyme 51081、Novozyme社製）をＬＢＫＰに対して１％添加した。まず、１lビーカーにＬＢＫＰ、水、酵素を投入し、これらを攪拌しながら酵素による加水分解を行った（第１の工程）。温度５０〜６０℃で、２５時間反応させた後、ろ紙を用いて吸引濾過し、濾液を別の１lビーカーに入れた（第２の工程）。この濾液に硫酸を加えて、ｐＨを５〜６に調製した。酵素８として、最適ｐＨが酸性領域にある少なくともβ−グルコシターゼを含む市販のセルラーゼ（商品名：Novozyme 188、Novozyme社製）をＬＢＫＰに対して１％添加し、攪拌しながら酵素による加水分解を行った（第３の工程）。２５時間反応させた後、糖化液のグルコース含有量を測定した。その結果を下記表１に示す。
（実施例２）
セルロース含有物として、紙パルプ工場排水処理工場より発生する繊維分を含むスラッジとした以外は、実施例１と同様の条件でセルロース含有物の糖化を行い、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表１に示す。
（比較例１）
前記実施例１において酵素５を最適ｐＨが酸性領域にある市販の酵素（商品名：celcraft、Novozyme社製）を用いて糖化を行った。この濾液に硫酸を加えて、ｐＨを５〜６に調製し、温度５０〜６０℃で２５時間反応させた後、糖化液のグルコース濃度を測定した。第２の工程である固液分離工程と、第３の工程である糖化工程は行わなかった。その結果を下記表１に示す。
（比較例２）
前記実施例２において酵素５を最適ｐＨが酸性領域にある市販の酵素（商品名：celcraft、Novozyme社製）を用いて糖化を行った。この濾液に硫酸を加えて、ｐＨを５〜６に調製し、温度５０〜６０℃で２５時間反応させた後、糖化液のグルコース濃度を測定した。第２の工程である固液分離工程と、第３の工程である糖化工程は行わなかった。その結果を下記表１に示す。
＜結果＞
炭酸カルシウムを含むセルロース含有物を中性〜アルカリ性領域で糖化しても、酸性領域で糖化したときと同等の糖化率を得ることができた。また、固液分離処理工程を行うことで酸添加量を激減することができた。
【００２５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明に係る一実施例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  糖化工程（第１の工程）
２  固液分離工程（第２の工程）
３  糖化工程（第３の工程）
４  セルロース含有物
５  酵素
６  糖化残渣
７  糖含有液
８  酵素
９  糖化液
【図１】
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