(57)【要約】 【課題】本発明は、エネルギー効率に優れ、糖の収率が飛躍的に向上する糖の製造方法及びその糖を用いたエタノールの製造方法及び乳酸の製造方法を提供すること。【解決手段】ヘミセルロース及びリグニンを含む木質バイオマスから糖を得る糖の製造方法であって、木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とし、該木質バイオマス混合液を加熱することにより、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとする軟化工程Ｓ１と、軟化木質バイオマスと過酸化水素水とを分離する分離工程Ｓ２と、軟化木質バイオマスに水を加え軟化木質バイオマス混合液とし、該軟化木質バイオマス混合液を加熱することにより、ヘミセルロースを水に溶解させると共に糖化させ、木質バイオマス糖液とする溶解工程Ｓ３と、木質バイオマス糖液から固形残渣を除去することにより糖水溶液を得る除去工程Ｓ４と、を備える糖の製造方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘミセルロース及びリグニンを含む木質バイオマスから糖を得る糖の製造方法であって、
前記木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とし、該木質バイオマス混合液を加熱することにより、前記木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとする軟化工程と、
前記軟化木質バイオマスと前記過酸化水素水とを分離する分離工程と、
前記軟化木質バイオマスに水を加え軟化木質バイオマス混合液とし、該軟化木質バイオマス混合液を加熱することにより、前記ヘミセルロースを前記水に溶解させると共に糖化させ、木質バイオマス糖液とする溶解工程と、
前記木質バイオマス糖液から固形残渣を除去することにより糖水溶液を得る除去工程と、
を備えることを特徴とする糖の製造方法。
【請求項２】
前記軟化工程において、前記木質バイオマス混合液の温度が９５〜１５０℃に到達するまで加熱をし、該温度で維持する時間が０〜１時間であることを特徴とする請求項１記載の糖の製造方法。
【請求項３】
前記溶解工程において、前記軟化木質バイオマス混合液の温度が１５０〜２００℃に到達するまで加熱をし、該温度で維持する時間が０〜４時間であることを特徴とする請求項１記載の糖の製造方法。
【請求項４】
前記過酸化水素水の前記木質バイオマス混合液全量に対する濃度が０．２〜１．０ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載の糖の製造方法。
【請求項５】
前記木質バイオマス混合液にはリン酸アルミニウムが更に加えられていることを特徴とする請求項１記載の糖の製造方法。
【請求項６】
前記リン酸アルミニウムの前記木質バイオマス混合液全量に対する濃度が０．５〜２．０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載の糖の製造方法。
【請求項７】
前記木質バイオマスにはセルロースが更に含まれており、
前記除去工程における前記固形残渣に加水分解剤を加えて加熱することにより、セルロース由来の糖を得るセルロース糖化工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載の糖の製造方法。
【請求項８】
前記加水分解剤が過酸化水素水又は酵素であることを特徴とする請求項７記載の糖の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の糖の製造方法によって得られる糖に酵母を加えることにより、前記糖を生分解させることを特徴とするエタノールの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の糖の製造方法によって得られる糖に乳酸発酵菌を加えることにより、前記糖を発酵させることを特徴とする乳酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糖の製造方法、エタノールの製造方法及び乳酸の製造方法に関する。更に詳しくは、ヘミセルロース及びリグニンを含む木質バイオマスから糖を得る糖の製造方法、その糖を用いたエタノールの製造方法及び乳酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘミセルロース及びリグニンを含む木質バイオマスをエネルギー資源として活用するために木質バイオマスから糖を製造する方法の研究開発が行われている。
かかる開発においては、木質バイオマスに含まれるリグニンの繊維が密に絡まるため、これによりヘミセルロースの糖化が阻害されるという点が問題となっている。
【０００３】
ところで、セルロース粉末を２００〜３００℃に加熱された加圧熱水と接触させて加水分解する水溶性オリゴ糖類の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、本発明者等は、ヘミセルロース、セルロース及びリグニンを含むリグノセルロースから糖を製造する方法を既に出願している（特許文献２参照）。この方法によれば、酵素を用いることなく、ヘミセルロース及びセルロースを加水分解させ、且つエネルギー効率が向上する。
【特許文献１】特開平１０−３２７９００号公報
【特許文献２】特願２００６−２３７０３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１記載の製造方法を上記木質バイオマスに当てはめると、加水分解が高温で行われるので、エネルギー効率が悪く、また、リグニンの絡まりは解けるものの、ヘミセルロースの加水分解により生成した糖が熱で分解してしまい糖の収率が低くなる。
【０００６】
一方、上記特許文献２記載の製造方法では、エネルギー効率は向上するものの十分な糖の収率が得られない傾向にある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率に優れ、糖の収率が飛躍的に向上する糖の製造方法及びその糖を用いたエタノールの製造方法及び乳酸の製造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】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、糖の収率が低くなるのはヘミセルロースの加水分解により生成した糖が熱や過酸化水素水で分解するのではないかと考えた。そして、糖の分解を抑制するために、加熱する工程を２工程にわけ、且つ２工程目は過酸化水素水を除去して加熱することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、（１）ヘミセルロース及びリグニンを含む木質バイオマスから糖を得る糖の製造方法であって、木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とし、該木質バイオマス混合液を加熱することにより、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとする軟化工程と、軟化木質バイオマスと過酸化水素水とを分離する分離工程と、軟化木質バイオマスに水を加え軟化木質バイオマス混合液とし、該軟化木質バイオマス混合液を加熱することにより、ヘミセルロースを水に溶解させると共に糖化させ、木質バイオマス糖液とする溶解工程と、木質バイオマス糖液から固形残渣を除去することにより糖水溶液を得る除去工程と、を備える糖の製造方法に存する。
【００１０】
本発明は、（２）軟化工程において、木質バイオマス混合液の温度が９５〜１５０℃に到達するまで加熱をし、該温度で維持する時間が０〜１時間である上記（１）記載の糖の製造方法に存する。
【００１１】
本発明は、（３）溶解工程において、軟化木質バイオマス混合液の温度が１５０〜２００℃に到達するまで加熱をし、該温度で維持する時間が０〜４時間である上記（１）記載の糖の製造方法に存する。
【００１２】
本発明は、（４）過酸化水素水の木質バイオマス混合液全量に対する濃度が０．２〜１．０ｍｏｌ／Ｌである上記（１）記載の糖の製造方法に存する。
【００１３】
本発明は、（５）木質バイオマス混合液にはリン酸アルミニウムが更に加えられている上記（１）記載の糖の製造方法に存する。
【００１４】
本発明は、（６）リン酸アルミニウムの木質バイオマス混合液全量に対する濃度が０．５〜２．０ｇ／Ｌである上記（１）記載の糖の製造方法に存する。
【００１５】
本発明は、（７）木質バイオマスにはセルロースが更に含まれており、除去工程における固形残渣に加水分解剤を加えて加熱することにより、セルロース由来の糖を得るセルロース糖化工程を更に備える上記（１）記載の糖の製造方法に存する。
【００１６】
本発明は、（８）加水分解剤が過酸化水素水又は酵素である上記（７）記載の糖の製造方法に存する。
【００１７】
本発明は、（９）上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載の糖の製造方法によって得られる糖に酵母を加えることにより、糖を生分解させるエタノールの製造方法に存する。
【００１８】
本発明は、（１０）上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載の糖の製造方法によって得られる糖に乳酸発酵菌を加えることにより、糖を発酵させる乳酸の製造方法に存する。
【００１９】
なお、本発明の目的に添ったものであれば上記（１）から（１０）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の糖の製造方法は、加熱する工程を、木質バイオマスを軟化させる軟化工程とヘミセルロースを糖化させる溶解工程とに分けているので、それぞれ工程の目的に応じた必要最小限のエネルギーで行うことができる。
また、加熱する工程が軟化工程と溶解工程との工程に分けられていることに加え、上記糖の製造方法は、軟化工程後、過酸化水素水を分離する分離工程を備えているので、溶解工程は過酸化水素水を除去された状態で加熱されることになる。
したがって、溶解工程において、ヘミセルロースの加水分解で生成した糖が過酸化水素により分解されることが抑制される。
よって、上記糖の製造方法によれば、エネルギー効率に優れ、糖の収率が飛躍的に向上する。
【００２１】
本発明の糖の製造方法は、軟化工程において、木質バイオマス混合液の温度が９５〜１５０℃に到達するまで加熱をし、該温度で維持する時間が０〜１時間であると、リグニンの絡まりが十分に解けるので、木質バイオマスを確実に軟化させることができる。また、ヘミセルロースの加水分解が生じるのも十分に抑制される。
なお、過酸化水素水の木質バイオマス混合液全量に対する濃度が０．２〜１．０ｍｏｌ／Ｌであると、リグニンの絡まりがより十分に解けるので、木質バイオマスをより確実に軟化させることができる。
【００２２】
本発明の糖の製造方法は、溶解工程において、軟化木質バイオマス混合液の温度が１５０〜２００℃に到達するまで加熱をし、該温度で維持する時間が０〜４時間であると、軟化木質バイオマスに含まれるヘミセルロースを確実に水に溶解させ、糖化させることができる。
【００２３】
本発明の糖の製造方法は、木質バイオマス混合液にリン酸アルミニウムが加えられていると、リン酸アルミニウムが不純物を吸着するので、得られる糖の純度を高くすることができる。
また、リン酸アルミニウムの木質バイオマス混合液全量に対する濃度が０．５〜２．０ｇ／Ｌであると、確実に得られる糖の純度を高くすることができる。
【００２４】
本発明の糖の製造方法は、木質バイオマスにはセルロースが更に含まれており、除去工程における固形残渣に加水分解剤を加えて加熱することにより、セルロース由来の糖を得るセルロース糖化工程を更に備えることで、別途、糖を製造することができる。すなわち、この場合、溶解工程で得られるヘミセルロース由来の糖、及び、セルロース由来の糖、が得られる。
したがって、得られる糖の量が増大することになる。なお、上記加水分解剤が過酸化水素水又は酵素であると、セルロースを確実に加水分解することができる。
【００２５】
本発明のエタノールの製造方法及び乳酸の製造方法は、上述の製造方法で得られた糖を用いるので、エネルギー効率に優れ、収率が飛躍的に向上したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る糖の製造方法の第１実施形態の工程を示す工程図である。
図１に示すように、本実施形態に係る糖の製造方法は、ヘミセルロース及びリグニンを含む木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とし、該木質バイオマス混合液を加熱することにより、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとする軟化工程Ｓ１と、軟化木質バイオマスと過酸化水素水とを分離する分離工程Ｓ２と、軟化木質バイオマスに水を加え軟化木質バイオマス混合液とし、該軟化木質バイオマス混合液を加熱することにより、ヘミセルロースを水に溶解させると共に糖化させ、木質バイオマス糖液とする溶解工程Ｓ３と、木質バイオマス糖液から固形残渣を除去することにより糖水溶液を得る除去工程Ｓ４と、を備える。
なお、上記糖の製造方法において、木質バイオマスには、草本系バイオマスも含まれるものとする。
【００２８】
本実施形態に係る糖の製造方法は、加熱する工程を、木質バイオマスを軟化させる軟化工程Ｓ１とヘミセルロースを糖化させる溶解工程Ｓ３とに分けているので、それぞれ工程の目的に応じた必要最小限のエネルギーで行うことができる。
また、加熱する工程が軟化工程Ｓ１と溶解工程Ｓ３との工程にわけられていることに加え、上記糖の製造方法は、軟化工程Ｓ１後、過酸化水素水を分離する分離工程Ｓ２を備えているので、溶解工程Ｓ３は過酸化水素水を除去された状態で加熱されることになる。
したがって、溶解工程Ｓ３において、ヘミセルロースの加水分解で生成した糖が過酸化水素により分解されることが抑制される。
よって、上記糖の製造方法によれば、エネルギー効率に優れ、糖の収率が飛躍的に向上する。
【００２９】
次に、各工程について更に詳細に説明する。
（軟化工程）
軟化工程Ｓ１は、木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とし、該木質バイオマス混合液を加熱することにより、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとする工程である。
【００３０】
ここで、本実施形態に係る糖の製造方法において、上記木質バイオマスとは、少なくともヘミセルロース及びリグニンを含む複合体を意味し、これらの他にセルロース、その他の二次代謝物等が含まれていてもよい。
【００３１】
軟化工程Ｓ１においては、まず、木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とする。
【００３２】
このとき、木質バイオマス混合液には、リン酸アルミニウム又は硫酸アルミニウム等の吸着剤が加えられていることが好ましく、これらの中でもリン酸アルミニウムが加えられていることがより好ましい。
この場合、吸着剤が不純物を吸着するので、後述する除去工程後に得られる糖水溶液中の糖の純度を高くすることができる。
【００３３】
吸着剤としてリン酸アルミニウムを用いる場合、リン酸アルミニウムの木質バイオマス混合液全量に対する濃度は０．５〜２．０ｇ／Ｌであることが好ましい。
この場合、確実に得られる糖の純度を高くすることができる。
【００３４】
上記軟化工程Ｓ１において、過酸化水素水の濃度は、木質バイオマス混合液全量に対して、０．２〜１．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。
過酸化水素水の濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌ未満であると、濃度が上記範囲内にある場合と比較して、リグニンの絡まりを十分に解けない場合があり、過酸化水素水の濃度が１．０ｍｏｌ／Ｌを超えても、リグニンの絡まりを解く効果が向上しなくなる傾向にある。
【００３５】
なお、木質バイオマス混合液全量に対する過酸化水素水の濃度が上記範囲内であれば、原料として用いる過酸化水素水自体の濃度は特に限定されない。すなわち、原料として用いる過酸化水素水自体は、３０％過酸化水素水でもよく、５％過酸化水素水であってもよい。また、木質バイオマス混合液全量に対する過酸化水素水の濃度の調整は、水を用いて行われる。
【００３６】
次に、木質バイオマス混合液を加熱する。そうすると、リグニンの絡まりが解け、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスが得られる。
【００３７】
このとき、木質バイオマス混合液の温度が９５〜１５０℃に到達するまで加熱をすることが好ましい。
上記温度が９５℃未満であると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、リグニンの絡まりを十分に解けない場合があり、温度が１５０℃を超えると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、ヘミセルロースが軟化工程Ｓ１の段階で糖化しても、その糖が分解してしまい、その結果、アルコール発酵を抑制する物質であるフルフラール（Ｃ５Ｈ４Ｏ２）やヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）が多量に生成されてしまう虞がある。
【００３８】
また、木質バイオマス混合液の温度が９５〜１５０℃に到達した後は、該温度で０〜１時間維持することが好ましい。なお、上記温度で維持した後は、木質バイオマス混合液を冷却する。
ここで、０時間維持とは、上記範囲内の温度に到達した後にすぐに木質バイオマス混合液を冷却することを意味する。
【００３９】
なお、軟化工程においては、低温で長時間処理することと、高温で短時間処理することとは糖の生成に対して同様な結果を与える。
したがって、９５℃まで加熱する場合は、９５℃で１時間維持することが好ましく、１５０℃まで加熱する場合は、すぐに冷却することが好ましい。この場合、得られる糖の収率が著しく向上する。
【００４０】
（分離工程）
分離工程Ｓ２は、軟化木質バイオマスと過酸化水素水とを分離する工程である。すなわち、分離工程Ｓ２は、軟化木質バイオマスと、過酸化水素水、及び、軟化工程Ｓ１において木質バイオマス混合液を加熱することにより抽出される二次代謝物等の不純物とを分離する工程である。
かかる分離工程Ｓ２を行うことにより、過酸化水素水が除かれるので、後述する溶解工程Ｓ３において、ヘミセルロースの加水分解で生成した糖が過酸化水素により分解されることが抑制される。
【００４１】
分離工程Ｓ２は、公知の方法で行うことができる。
例えば、ろ過やデカンテーションが挙げられる。なお、ろ過は吸引ろ過であってもよい。
【００４２】
なお、分離された過酸化水素水は、上述の軟化工程Ｓ１における過酸化水素水の代わりに、又は、木質バイオマス混合液に混合して用いてもよい。すなわち、分離された過酸化水素水は、軟化工程Ｓ１に用いることでリサイクルされる。
【００４３】
（溶解工程）
溶解工程Ｓ３は、軟化木質バイオマスに水を加え軟化木質バイオマス混合液とし、該軟化木質バイオマス混合液を加熱することにより、軟化木質バイオマス中のヘミセルロースを水に溶解させると共に糖化させ、木質バイオマス糖液とする工程である。
【００４４】
上記溶解工程Ｓ３においては、軟化木質バイオマスに水を加え加熱する。そうすると、リグニンは熱に強く水に溶けにくいので、ヘミセルロースが熱により加水分解され、水に糖となって溶解する。
これにより、リグニンと糖化したヘミセルロースからなる木質バイオマス糖液が得られる。
【００４５】
上記溶解工程Ｓ３においては、軟化木質バイオマス混合液の温度が１５０〜２００℃に到達するまで加熱をすることが好ましい。
上記温度が１５０℃未満であると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、ヘミセルロースを十分に糖化できない傾向にあり、温度が２００℃を超えると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、ヘミセルロースが糖化しても、その糖が分解してしまい、その結果、アルコール発酵を抑制する物質であるフルフラールやヒドロキシメチルフルフラールが多量に生成されてしまう傾向にある。
【００４６】
また、軟化木質バイオマス混合液の温度が１５０〜２００℃に到達した後は、該温度で０〜４時間維持することが好ましい。なお、上記温度で維持した後は、軟化木質バイオマス混合液を冷却する。
ここで、０時間維持とは、上記範囲内の温度に到達した後にすぐに軟化木質バイオマス混合液を冷却することを意味する。
【００４７】
なお、溶解工程においては、低温で長時間処理することと、高温で短時間処理することとは糖の生成に対して同様な結果を与える。
したがって、１５０℃まで加熱する場合は、１５０℃で４時間維持することが好ましく、１７５℃まで加熱する場合は、１７５℃で０．５時間維持することが好ましく、２００℃まで加熱する場合は、すぐに冷却することが好ましい。この場合、得られる糖の収率が著しく向上する。
【００４８】
（除去工程）
除去工程Ｓ４は、木質バイオマス糖液から主要成分はリグニンである固形残渣を除去することによりヘミセルロースの糖化に基づく糖水溶液を得る工程である。
【００４９】
除去工程Ｓ４は、公知の方法で行うことができる。
例えば、ろ過やデカンテーションが挙げられる。なお、ろ過は吸引ろ過であってもよい。
【００５０】
得られた糖水溶液は、水分を除去することにより、糖となる。具体的には、アラビノース、ガラクトース、グルコース、マンノース、キシロース等の単糖、オリゴ糖、水溶性多糖等が得られる。なお、必要に応じてイオン交換処理、活性炭処理等の糖の精製を行ってもよい。
【００５１】
また、得られる上記糖水溶液を再び溶解工程における軟化木質バイオマス混合液に加えてもよい。そうすると、除去工程を経て得られる糖水溶液は、より高濃度となる。さらに、この工程を繰り返すことにより、より一層高濃度の糖水溶液が得られる。
高濃度の糖水溶液が得られると、糖を単離することが容易となり、また、高純度の糖が得られ易くなる利点がある。
【００５２】
こうして得られた糖は、エタノールの原料、乳酸の原料等の用途に好適に用いられる。
ここで、上述した糖を用いエタノール及び乳酸を製造する方法について説明する。
エタノールは、上述した方法により得られる糖に酵母を加え、３０℃程度の恒温槽内で反応させることにより、糖が生分解され、エタノールが製造される。
乳酸は、上述した方法により得られる糖に乳酸発酵菌を加え、３０℃程度の恒温槽内で反応させることにより、糖が発酵され、乳酸が製造される。
【００５３】
これらのエタノール及乳酸の製造方法は、上述の製造方法で得られた糖を用いるので、エネルギー効率に優れ、収率が飛躍的に向上したものとなる。
【００５４】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る糖の製造方法の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５５】
図２は、本発明に係る糖の製造方法の第２実施形態の工程を示す工程図である。
図２に示すように、本実施形態に係る糖の製造方法は、除去工程Ｓ４における固形残渣（以下便宜的に「第１固形残渣」という。）に加水分解剤を加えて加熱することにより、セルロース由来の糖を得るセルロース糖化工程を更に備える点で第１実施形態の糖の製造方法と異なる。
すなわち、本実施形態に係る糖の製造方法は、ヘミセルロース、セルロース及びリグニンを含む木質バイオマスに過酸化水素水を加え木質バイオマス混合液とし、該木質バイオマス混合液を加熱することにより、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとする軟化工程Ｓ１と、軟化木質バイオマスと過酸化水素水とを分離する分離工程Ｓ２と、軟化木質バイオマスに水を加え軟化木質バイオマス混合液とし、該軟化木質バイオマス混合液を加熱することにより、ヘミセルロースを水に溶解させると共に糖化させ、木質バイオマス糖液とする溶解工程Ｓ３と、木質バイオマス糖液から第１固形残渣を除去することにより糖水溶液（以下便宜的に「第１糖水溶液」という。）を得る除去工程Ｓ４と、第１固形残渣に加水分解剤を加えて加熱することにより、セルロース由来の糖を得るセルロース糖化工程Ｓ５と、を備える。
【００５６】
本実施形態に係る糖の製造方法においては、上述した第１実施形態に係る糖の製造方法と同様に、溶解工程Ｓ３では、過酸化水素を添加しないので、糖の過分解速度が低く抑えられる。また、分離工程Ｓ２で分離された過酸化水素水は、上述の軟化工程Ｓ１における過酸化水素水の代わりに、又は、木質バイオマス混合液に混合して用いられる。すなわち、分離された過酸化水素水は、軟化工程Ｓ１に用いることでリサイクルされる。これにより得られる糖の収率が著しく向上する。
【００５７】
本実施形態に係る糖の製造方法において、木質バイオマスにはセルロースが更に含まれているので、除去工程Ｓ４における第１固形残渣には、リグニンとセルロースとが含まれることになる。そして、この第１固形残渣に加水分解剤を加えて加熱することにより、セルロース由来の糖を製造することができる。すなわち、この場合、溶解工程Ｓ３で得られるヘミセルロース由来の糖、及び、セルロース由来の糖、が得られる。
したがって、得られる糖の量が増大することになる。
【００５８】
（セルロース糖化工程）
セルロース糖化工程Ｓ５は、除去工程Ｓ４において除去したリグニン及びセルロースを主要成分とする第１固形残渣に加水分解剤を加えて加熱することにより、リグニンを主要成分とする第２固形残渣とセルロースが加水分解された第２糖水溶液とし、結果としてセルロース由来の糖を得る工程である。
【００５９】
上記セルロース糖化工程Ｓ５においては、第１固形残渣に加水分解剤を加え第１固形残渣混合液とし、該第１固形残渣混合液を加熱する。そうすると、リグニンは熱に強く水に溶けにくいので、セルロースが加水分解剤と熱により加水分解され、水に糖となって溶解する。
【００６０】
上記加水分解剤としては、過酸化水素水又はセルラーゼ等の酵素が挙げられる。この場合、セルロースを確実に加水分解することができる。
【００６１】
加水分解剤として過酸化水素水を用いる場合、過酸化水素水の濃度は、第１固形残渣混合液全量に対して、０．１７〜０．３６ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。
過酸化水素水の濃度が０．１７ｍｏｌ／Ｌ未満であると、濃度が上記範囲内にある場合と比較して、セルロースを十分に糖化できない傾向にあり、過酸化水素水の濃度が０．３６ｍｏｌ／Ｌを超えると、セルロースが糖化しても、その糖が分解してしまい、その結果、アルコール発酵を抑制する物質であるフルフラールやヒドロキシメチルフルフラールが多量に生成されてしまう虞がある。
【００６２】
なお、第１固形残渣混合液全量に対する過酸化水素水の濃度が上記範囲内であれば、原料として用いる過酸化水素水自体の濃度は特に限定されない。すなわち、原料として用いる過酸化水素水自体は、３０％過酸化水素水でもよく、５％過酸化水素水であってもよい。また、木質バイオマス混合液全量に対する過酸化水素水の濃度の調整は、水を用いて行われる。
【００６３】
加水分解剤として過酸化水素水を用いる場合、第１固形残渣混合液は、２５０〜２６５℃に到達するまで加熱することが好ましい。
温度が２５０℃未満であると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、セルロースを十分に糖化できない傾向にあり、温度が２６５℃を超えると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、セルロースが糖化しても、その糖が分解してしまい、その結果、アルコール発酵を抑制する物質であるフルフラールやヒドロキシメチルフルフラールが多量に生成されてしまう傾向にある。
【００６４】
また、第１固形残渣混合液の温度が２５０〜２６５℃に到達した後は、該温度で１０〜６０秒維持することが好ましい。なお、上記温度で維持した後は、第１固形残渣混合液を冷却する。
【００６５】
温度を維持する時間が１０秒未満であると、温度を維持する時間が上記範囲内にある場合と比較して、セルロースを十分に糖化できない傾向にあり、温度を維持する時間が６０秒を超えても、セルロースの糖化が進行しなくなる傾向にある。
【００６６】
加水分解剤として酵素を用いる場合、第１固形残渣混合液は、２０〜６０℃に到達するまで加熱することが好ましく、４５〜５５℃に到達するまで加熱することがより好ましい。
温度が２０℃未満であると、温度が上記範囲内にある場合と比較して、セルロースを十分に糖化できない傾向にあり、温度が６０℃を超えると、酵素が失活してしまう場合がある。
【００６７】
そして、主要成分がリグニンである第２固形残渣を除去することによりセルロースの糖化に基づく第２糖水溶液が得られる。
【００６８】
得られた第２糖水溶液は、水分を除去することにより、糖となる。具体的には、グルコースが得られる。なお、必要に応じてイオン交換処理、活性炭処理等の糖の精製を行ってもよい。
【００６９】
こうして得られたセルロース由来の糖は、第１実施形態の場合と同様に、エタノールの原料、乳酸の原料等の用途に好適に用いられる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の糖の製造方法の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
［軟化工程］
本実施例に用いる試料として、３．５ｇの杉片を採用した。試料を粒径約２〜４ｍｍ程度になるまで粉砕し木質バイオマス（ヘミセルロース、セルロース及びリグニンを含む）とした。この木質バイオマス、９ｍｏｌ／Ｌの過酸化水素水（濃度３０％）１．５ｍｌ及びリン酸アルミニウム２０ｍｇをハステロイ（登録商標）（Haynes International社製）のオートクレーブ（内容積５０ｍｌ、日東高圧社製）内に入れた。そして、オートクレーブ内の液体全体の体積が３０ｍＬになるまで水を加え、オートクレーブ内に木質バイオマス混合液を作った。なお、このとき木質バイオマス混合液中の過酸化水素濃度は０．４４ｍｏｌ／Ｌである。
【００７２】
そして、オートクレーブ内の木質バイオマス混合液を攪拌しながら９５℃に到達するまで加熱し、その後、その温度で１時間維持した。これにより、木質バイオマスが軟化された軟化木質バイオマスとなった。
【００７３】
［分離工程］
次に、得られた軟化木質バイオマスを過酸化水素水中から分離するために、ろ過を行った。そして、軟化木質バイオマスとろ液として過酸化水素水とを得た。
【００７４】
［溶解工程］
次に、得られた軟化木質バイオマス及び水３０ｇを再びオートクレーブ内に入れ軟化木質バイオマス混合液とし、この軟化木質バイオマス混合液を攪拌しながら１７５℃に到達するまで加熱し、その後、その温度で１時間維持した。これにより、ヘミセルロースが水に溶解し、木質バイオマス糖液となった。
【００７５】
［除去工程］
そして、ろ過により、木質バイオマス糖液から固形残渣を除去することで糖水溶液を得た。
【００７６】
（実施例２〜１２及び比較例１）
上記軟化工程における温度及び維持時間（時間）、上記溶解工程における温度及び維持時間（時間）を表１に示す値としたこと以外は、実施例１と同様にして糖水溶液を得た。なお、比較例１においては、溶解工程で加熱を行わなかった。
【００７７】
2008230983.tif 000003
【００７８】
（実施例１３〜１６）
軟化工程における過酸化水素水の木質バイオマス混合液全量に対する濃度を下記表２に示す値としたこと以外は、実施例１と同様にして糖水溶液を得た。
2008230983.tif 000004
【００７９】
（比較例２）
分離工程を行わなかったこと（すなわち、過酸化水素水を含んだ状態で溶解工程を行ったこと）以外は、実施例４と同様にして糖水溶液を得た。
【００８０】
（実施例１７）
実施例１の除去工程において、除去された固形残渣（第１固形残渣）に、９ｍｏｌ／Ｌの過酸化水素水（濃度３０％）０．６ｍＬ（加水分解剤）及びリン酸アルミニウム２０ｍｇをオートクレーブ内に入れ、オートクレーブ内の液体全体の体積が３０ｍＬになるまで水を加え、第１固形残渣混合液を得た。なお、このとき第１固形残渣混合液中の過酸化水素濃度は０．２ｍｏｌ／Ｌである。
【００８１】
そして、オートクレーブ内の第１固形残渣混合液を攪拌しながら２６５℃に到達するまで加熱し、その後、その温度で３０秒維持した。これにより、セルロースの糖化に基づく第２糖水溶液を得た。
【００８２】
（比較例３）
実施例１の分離工程を行わなかったこと（すなわち、過酸化水素水を含んだ状態で溶解工程を行ったこと）以外は、実施例１７と同様にして第２糖水溶液を得た。
【００８３】
［評価方法］
実施例１〜１６、比較例１及び２で得られた糖水溶液をイオンクロマトグラフィー（日本ダイオネクス社製、パルスドアンペロメトリ検出器）で分析したところ、含まれる糖はいずれもアラビノース（Ａｒａ）、ガラクトース（Ｇａｌ）、グルコース（Ｇｌｃ）、マンノース（Ｍａｎ）及びキシロース（Ｘｙｌ）であった。
そして、得られたそれぞれの糖の重量を測定した。測定した各単糖の合計重量（ｍｇ／ｇ）を表３に示す。なお、糖の重量は、水溶液中の可溶化したものを全て単糖化して測定したものである。
【００８４】
2008230983.tif 000005
【００８５】
また、実施例１７及び比較例３で得られた第２糖水溶液をイオンクロマトグラフィー（日本ダイオネクス社製、パルスドアンペロメトリ検出器）で分析したところ、含まれる糖はいずれもグルコース（Ｇｌｃ）であった。
そして、得られた糖の重量を測定した。測定したグルコースの重量（ｍｇ／ｇ）を表４に示す。
【００８６】
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【００８７】
表３に示す結果から明らかなように、本発明による実施例１〜１６の糖の製造方法によれば、糖が極めて高い収率で得られることがわかった。
また、表４に示す結果から明らかなように、本発明による実施例１７の糖の製造方法によれば、セルロースの加水分解によるグルコースも高収率で得られることがわかった。
以上より、本発明の糖の製造方法によれば、糖の収率が飛躍的に向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、本発明に係る糖の製造方法の第１実施形態の工程を示す工程図である。
【図２】図２は、本発明に係る糖の製造方法の第２実施形態の工程を示す工程図である。
【図１】
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【図２】
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