(57)【要約】      （修正有） 【課題】エネルギ効率の良い糖の製造方法を提供すること。【解決手段】リグノセルロースに過酸化水素水を加えたリグノセルロース混合液を加熱し、前記ヘミセルロースと前記リグニンとを溶解させる予備加熱工程と、前記予備加熱工程を経た前記リグノセルロース混合液を、前記予備加熱工程における加熱温度よりも高い温度で加熱し、前記ヘミセルロースを糖化させ、糖混合液を得るヘミセルロース糖化工程と、前記糖混合液からセルロースを除去することにより、第一糖溶液を得る第一糖溶液分離工程と、前記セルロースに過酸化水素水をさらに加えたセルロース混合液を加熱して、セルロースを糖化させるセルロース糖化工程と、前記セルロース糖化工程を経たセルロース混合液を、前記セルロース糖化工程における加熱温度よりも高い加熱温度で一定時間加熱して、第二糖溶液を得る第二糖溶液生成工程と、を備える糖製造方法。【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、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であって、
前記リグノセルロースに過酸化水素水を加えたリグノセルロース混合液を加熱し、前記ヘミセルロースと前記リグニンとを溶解させる予備加熱工程と、
前記予備加熱工程を経た前記リグノセルロース混合液を、前記予備加熱工程における加熱温度よりも高い温度で加熱し、前記ヘミセルロースを糖化させ、糖混合液を得るヘミセルロース糖化工程と、
前記糖混合液からセルロースを除去することにより、第一糖溶液を得る第一糖溶液分離工程と、
前記セルロースに過酸化水素水をさらに加えたセルロース混合液を加熱して、セルロースを糖化させるセルロース糖化工程と、
前記セルロース糖化工程を経たセルロース混合液を、前記セルロース糖化工程における加熱温度よりも高い加熱温度で一定時間加熱して、第二糖溶液を得る第二糖溶液生成工程と、を備えることを特徴とする糖製造方法。
【請求項２】
前記リグノセルロース混合液中の過酸化水素の濃度が０．２９ｍｏｌ／Ｌ以上０．５８ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項３】
前記予備加熱工程において、加熱温度が１０５℃以上１４５℃以下の範囲であり、加熱時間が１時間以上２時間以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項４】
前記ヘミセルロース糖化工程において、加熱温度が１５５℃以上１６５℃以下の範囲であり、加熱時間が１時間以上２時間以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項５】
前記セルロース混合液中の過酸化水素の濃度が０．１７ｍｏｌ／Ｌ以上０．３６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項６】
前記セルロース糖化工程において、加熱温度が２３０℃以上２４５℃以下の範囲であり、加熱時間が１分以上５分以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項７】
前記第二糖溶液生成工程において、加熱温度が２５０℃以上２６５℃以下の範囲であり、加熱時間が１０秒以上６０秒以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項８】
前記セルロース混合液にリン酸アルミニウムを添加することを特徴とする請求項１記載の糖製造方法。
【請求項９】
前記リン酸アルミニウムが前記セルロース混合液１リットルあたり０．５ｇ以上２．０ｇ以下の範囲で添加されることを特徴とする請求項８記載の糖製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項記載の糖製造方法によって得られる前記第一糖溶液または前記第二糖溶液に酵母を添加して、所定の時間放置することを特徴とするエタノール製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項記載の糖製造方法によって得られる前記第一糖溶液または前記第二糖溶液に乳酸発酵菌を添加して、所定の時間放置することを特徴とする乳酸製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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糖製造方法に関する。また、前記の糖製造方法によって製造された糖からエタノールを製造するエタノール製造方法に関する。さらに、前記糖製造方法によって製造された糖から乳酸を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマスをエネルギ資源として活用するためにヘミセルロース、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が研究開発されている。
現在、リグノセルロースから糖を製造する方法として注目されているのは、低環境負荷で、且つ高速処理が可能な水熱処理であり、水熱処理法は３種類に大別される。すなわち、バッチ法、スラリー流通法及び熱水流通法である。このうち、熱水流通法（特許文献１参照）のみがリグノセルロースから糖を製造するのに有効であることが知られている。
【０００３】
熱水流通法はおおよそ以下のような工程で行われる。
先ず、リグノセルロースが封入されたリアクター内を流通する水を、室温から約２８０℃になるまで段階的に加熱していく。これにより、溶解温度が異なるヘミセルロースとセルロースとを順次水に溶解させて混合液を得る。
次に、ヘミセルロースとセルロースとが溶解した上記混合液に、ヘミセルロースを加水分解させる酵素とセルロースを加水分解する酵素とを添加して、所定の温度に一定時間保つ。その結果、マンノース、キシロース、グルコース等の単糖やオリゴ糖等の多糖を含む糖溶液が得られる。
【特許文献１】特開平１０−３２７９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記熱水流通法は、非常に高温の水を原料に対して大量に用いるため、エネルギ効率が悪いという問題点がある。
また、この方法で得られる糖溶液の糖濃度は非常に低いので、該糖溶液を用いてアルコールを製造する際には、再度濃縮して糖濃度を高める必要がある。そのため、糖溶液を濃縮するときに必要なエネルギが、熱水流通法による糖製造工程を含めたアルコール製造工程全体のエネルギ効率を低下させる。
【０００５】
また、ヘミセルロースを加水分解する酵素及びセルロースを加水分解させる酵素は、一般的に高価なものであるため、熱水流通法は製造コストが高くなる傾向がある。さらに、混合液に酵素を添加する工程は手間を要するため、熱水流通法全体の工程が煩雑になる傾向がある。
【０００６】
本発明は以上の課題を解決すべく開発されたものである。
すなわち、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、且つエネルギ効率の良い糖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】
【０００７】
本発明者は、以上のような課題背景をもとに鋭意研究を重ねた結果、リグノセルロースに過酸化水素を加えたリグノセルロース溶液を加熱して、リグノセルロースに含まれるヘミセルロースとリグニンとを溶解させる予備加熱工程と、上記予備加熱工程で溶解したヘミセルロースを糖化させて、糖混合液を得るヘミセルロース糖化工程と、上記糖混合液からセルロースを除去することにより、第一糖溶液を得る第一糖溶液分離工程と、上記セルロースに過酸化水素水を加えたセルロース混合液を加熱して、セルロースを糖化させるセルロース糖化工程と、セルロース糖化工程を経たセルロール混合液から第二糖溶液を得る第二糖溶液生成工程と、を備える糖製造方法によって、上記の課題を解決できることを見出し、その知見に基づいて本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち本発明は、（１）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であって、前記リグノセルロースに過酸化水素水を加えたリグノセルロース混合液を加熱し、前記ヘミセルロースと前記リグニンとを溶解させる予備加熱工程と、前記予備加熱工程を経た前記リグノセルロース混合液を、前記予備加熱工程における加熱温度よりも高い温度で加熱し、前記ヘミセルロースを糖化させ、糖混合液を得るヘミセルロース糖化工程と、前記糖混合液からセルロースを除去することにより、第一糖溶液を得る第一糖溶液分離工程と、前記セルロースに過酸化水素水をさらに加えたセルロース混合液を加熱して、セルロースを糖化させるセルロース糖化工程と、前記セルロース糖化工程を経たセルロース混合液を、前記セルロース糖化工程における加熱温度よりも高い加熱温度で一定時間加熱して、第二糖溶液を得る第二糖溶液生成工程と、を備える糖製造方法に存する。
【０００９】
また本発明は、（２）前記リグノセルロース混合液中の過酸化水素の濃度が０．２９ｍｏｌ／Ｌ以上０．５８ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲である上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１０】
また本発明は、（３）前記予備加熱工程において、加熱温度が１０５℃以上１４５℃以下の範囲であり、加熱時間が１時間以上２時間以下の範囲である上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１１】
また本発明は、（４）前記ヘミセルロース糖化工程において、加熱温度が１５５℃以上１６５℃以下の範囲であり、加熱時間が１時間以上２時間以下の範囲である上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１２】
また本発明は、（５）前記セルロース混合液中の過酸化水素の濃度が０．１７ｍｏｌ／Ｌ以上０．３６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲である上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１３】
また本発明は、（６）前記セルロース糖化工程において、加熱温度が２３０℃以上２４５℃以下の範囲であり、加熱時間が１分以上５分以下の範囲である上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１４】
また本発明は、（７）前記第二糖溶液生成工程において、加熱温度が２５０℃以上２６５℃以下の範囲であり、加熱時間が１０秒以上６０秒以下の範囲である上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１５】
また本発明は、（８）前記セルロース混合液にリン酸アルミニウムを添加する上記（１）記載の糖製造方法に存する。
【００１６】
また本発明は、（９）前記リン酸アルミニウムが前記セルロース混合液１リットルあたり０．５ｇ以上２．０ｇ以下の範囲で添加される上記（８）記載の糖製造方法に存する。
【００１７】
また本発明は、（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一項記載の糖製造方法によって得られる前記第一糖溶液または前記第二糖溶液に酵母を添加して、所定の時間放置するエタノール製造方法に存する。
【００１８】
また本発明は、（１１）上記（１）〜（９）のいずれか一項記載の糖製造方法によって得られる前記第一糖溶液または前記第二糖溶液に乳酸発酵菌を添加して、所定の時間放置する乳酸製造方法に存する。
【００１９】
なお、本発明の目的に添ったものであれば上記（１）から（１１）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】
本発明の糖製造方法は予備加熱工程と、ヘミセルロース糖化工程と、第一糖溶液分離工程と、セルロース糖化工程と、第二糖溶液生成工程とを備える糖製造方法であるので、従来の水熱処理における加熱温度よりも低い加熱温度でヘミセルロースから糖を製造することができる。
また、従来の水熱処理における加熱温度よりも低い加熱温度でセルロースからも糖を製造することができる。従って、本発明の糖製造方法は、従来の水熱処理よりも高いエネルギ効率で糖を製造することができる。
【００２１】
本発明の糖製造方法は、酵素を用いることなく糖を製造することができるので、従来の水熱処理よりも糖の製造コストが低下する。
【００２２】
本発明の糖製造方法では、セルロースよりも溶解温度の低いヘミセルロースから先に糖化させるので、ヘミセルロースの過分解が極力行われず、高い収率で糖を製造することができる。
【００２３】
本発明の糖製造方法は、リグノセルロース混合液中の過酸化水素のモル濃度を、０．２９ｍｏｌ／Ｌ以上０．５８ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲とすることで、より糖の収率を向上させることができる。
【００２４】
本発明の糖製造方法は、予備加熱工程において、加熱温度を１０５℃以上１４５℃以下の範囲とし、且つ加熱時間を１時間以上２時間以下の範囲とすることで、より糖の収率を向上させることができる。
【００２５】
本発明の糖製造方法は、ヘミセルロース糖化工程において、加熱温度を１５５℃以上１６５℃以下の範囲とし、且つ加熱時間を１時間以上２時間以下の範囲とすることで、より糖の収率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の糖製造方法は、セルロース混合液中の過酸化水素のモル濃度を０．１７ｍｏｌ／Ｌ以上０．３６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲とすることで、より糖の収率を高めることができる。
【００２７】
本発明の糖製造方法は、セルロース糖化工程において、加熱温度を２３０℃以上２４５℃以下の範囲とし、且つ加熱時間を１分以上５分以下の範囲とすることで、より糖の収率を向上させることができる。
【００２８】
本発明の糖製造方法は、第二糖溶液生成工程において、加熱温度が２５０℃以上２６５℃以下の範囲とし、且つ加熱時間を１０秒以上６０秒以下の範囲とすることで、より糖の収率を向上させることができる。
【００２９】
本発明の糖製造方法は、セルロース混合液にリン酸アルミニウムが、セルロース混合液１リットルあたり０．５ｇ以上２．０ｇ以下の範囲で添加されることで、より糖の収率を向上させることができる。
【００３０】
本発明の糖製造方法で得られる第一糖溶液及び第二糖溶液の糖濃度は、糖溶液を反応液としてリサイクルすることによりエタノールの製造に必要な糖濃度にまで高めることが可能である。そのため、第一糖溶液または第二糖溶液に、直接酵母（Saccharomyces cerevisiae属等）を添加して所定の時間放置することで、エタノールを製造することができる。
また、第一糖溶液または第二糖溶液に乳酸発酵菌を添加して所定の時間放置することで、乳酸を製造することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
〔第一の実施形態〕
以下、図面を用いて本発明の一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る糖製造方法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リグノセルロースを原料として、該リグノセルロースに過酸化水素水を加えたリグノセルロース混合液を、所定の加熱温度で一定時間加熱し、ヘミセルロースとリグニンとを溶解させるための予備加熱工程と、上記予備加熱工程を経たリグノセルロース混合液を、予備加熱工程における加熱温度よりも高い加熱温度で一定時間加熱することで、種々の糖が溶けている糖混合液を得るためのヘミセルロース糖化工程と、得られた糖混合液からセルロースを除去し、第一糖溶液を得るための第一糖溶液分離工程と、除去されたセルロースに過酸化水素水をさらに加えたセルロース混合液を、所定の温度で一定時間加熱して、セルロース混合液に含まれるセルロースを多糖に分解するためのセルロース糖化工程と、上記セルロース糖化工程を経たセルロース混合液を、セルロース糖化工程における加熱温度よりも高い加熱温度で一定時間加熱することで、セルロース混合液に含まれる多糖を糖化させ、第二糖溶液を得る第二糖溶液生成工程とからなる糖製造方法である。
【００３２】
予備加熱工程、ヘミセルロース糖化工程及び第一糖溶液分離工程を行うことで得られる第一糖溶液には、マンノース、キシロース等の単糖、オリゴ糖及び多糖が含まれる。
【００３３】
セルロース糖化工程及び第二糖溶液生成工程を行うことで得られる第二糖溶液には、主にグルコースが含まれており、他にセロオリゴ糖や水溶性多糖も含まれる。
【００３４】
[予備加熱工程]
予備加熱工程は、リグノセルロース混合液を一定時間、所定の温度で加熱する工程である。この工程で、ヘミセルロース及びリグニンはリグノセルロース混合液に溶解する。
一方このとき、リグノセルロース混合液中に含まれる過酸化水素は、ヘミセルロースとそれに付着するリグニンとの間に隙間を生じさせるように作用する。その結果、次のへミセルロース糖化工程において、へミセルロースの糖化が円滑に且つ効率よく行われる。
【００３５】
予備加熱工程おいて加熱は、過酸化水素の作用によってヘミセルロースとリグニンとの間に隙間が生じるが、ヘミセルロースの糖化は行われない温度範囲で行われるため、従来の水熱処理のように、ヘミセルロースの糖化と、該糖化によって製造された糖の過分解とが同時に行われることが防止される。その結果、糖の収率が従来の水熱処理よりも向上する。
【００３６】
リグノセルロース混合液中の過酸化水素の濃度は、０．２９ｍｏｌ／Ｌ以上０．５８ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であることが好ましい。過酸化水素の濃度が０．２９ｍｏｌ／Ｌよりも小さいと、過酸化水素とリグニンとが十分に反応せず、ヘミセルロースとリグニンとの間に十分な大きさの隙間が生じない。
過酸化水素の濃度が０．５８ｍｏｌ／Ｌよりも大きいと、過酸化水素がヘミセルロースの加水分解によって製造された糖の過分解を促進する。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）が多量に生成される。
【００３７】
予備加熱工程において、加熱温度は１０５℃以上１４５℃以下の範囲であり、且つ加熱時間は１時間以上２時間以下の範囲であることが好ましい。
加熱温度が１０５℃よりも低い場合、ヘミセルロースが十分に溶解しないため、糖の収率が低下する。
加熱温度が１４５℃よりも高い場合、過酸化水素による過分解が活発に行われるため、糖の収率が低下する。
加熱時間が１時間よりも短いと、ヘミセルロースが十分に溶解しないため、糖の収率が低下する。
加熱時間が２時間よりも長いと、溶解したヘミセルロースが加水分解して糖が生成され、さらに生成された糖が過分解してしまうため、糖の収率が低下する。
【００３８】
[ヘミセルロース糖化工程]
ヘミセルロース糖化工程は、予備加熱工程を経たリグノセルロース混合液を予備加熱工程における加熱温度よりも高い温度で一定時間加熱し、糖混合液を得る工程である。  
得られる糖混合液には、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と、オリゴ糖や水溶性多糖が含まれる。
【００３９】
ヘミセルロース糖化工程において、加熱温度は１５５℃以上１６５℃以下の範囲であり、且つ加熱時間は１時間以上２時間以下の範囲であることが好ましい。
加熱温度が１５５℃よりも低い場合、ヘミセルロースの糖化が十分に行われないため、糖の収率が低下する。
加熱温度が１６５℃よりも高い場合、ヘミセルロースから生成された糖が過分解するため、糖の収率が低下する。
加熱時間が１時間よりも短いと、ヘミセルロースの糖化が十分に行われないため、糖の収率が低下する。
加熱時間が２時間よりも長いと、ヘミセルロースから生成された糖が過分解するため、糖の収率が低下する。
【００４０】
このように、予備加熱工程における加熱温度と、ヘミセルロース糖化工程における加熱温度とを変化させて、リグノセルロース混合液を加熱することで、従来の水熱処理における加熱温度（約２８０℃）よりも、低い温度でヘミセルロースを糖化させることができる。その結果、本実施形態に係る糖製造方法は、従来の糖製造方法よりも高いエネルギ効率で糖を製造することができる。
【００４１】
[第一糖溶液分離工程]
第一糖溶液分離工程は、ヘミセルロース糖化工程終了後に得られた糖混合液からセルロースを除去して、第一糖溶液を得る工程である。
【００４２】
糖混合液からセルロースを除去する方法は、特に限定されるものではなく、例えばろ過を採用することができる。
【００４３】
[セルロース糖化工程]
セルロース糖化工程は、第一糖溶液分離工程において除去されたセルロースに過酸化水素をさらに加えて作られたセルロース混合液を、所定の加熱温度で一定時間加熱する工程である。  
【００４４】
セルロース糖化工程においては、先ず過酸化水素がセルロースとセルロースに付着するリグニンとの間に隙間を生じさせるように作用する。そして、次にリグニンとの間に隙間が生じたセルロースが、加熱されることにより加水分解して、オリゴ糖や水溶性多糖が生成される。
【００４５】
セルロース混合液中の過酸化水素の濃度は、０．１７ｍｏｌ／Ｌ以上０．３６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であることが好ましい。
過酸化水素の濃度が０．１７ｍｏｌ／Ｌよりも小さいと、過酸化水素とリグニンとが十分に反応せず、セルロースとリグニンとの間に十分な大きさの隙間が生じない。
過酸化水素の濃度が０．３６ｍｏｌ／Ｌよりも大きいと、過酸化水素がセルロースの加水分解によって製造された糖の過分解を促進する。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）が多量に生成される。
【００４６】
セルロース糖化工程において、加熱温度は２３０℃以上２４５℃以下の範囲であり、且つ加熱時間は１分以上５分以下の範囲であることが好ましい。
加熱温度が２３０℃よりも低い場合、セルロースが十分に加水分解しないため、次に行われる第二糖溶液で得られる糖の収率が低下する。
加熱温度が２４５℃よりも高い場合、生成された多糖が過分解してしまい、次に行われる糖化工程で得られる単糖の収率が低下する。
加熱時間が１分よりも短いと、セルロースと過酸化水素との反応が十分に行われず、セルロースの加水分解が十分に行われないため、次に行われる糖化工程で得られる単糖の収率が低下する。
加熱時間が５分よりも長いと、生成された多糖が過分解するため、次に行われる糖化工程で得られる単糖の収率が低下する。
【００４７】
[第二糖溶液生成工程]
第二糖溶液生成工程は、セルロース糖化工程を経たセルロース混合液を、セルロース糖化工程における加熱温度よりも高い加熱温度で、一定時間加熱し、第二糖溶液を得る工程である。
上記セルロース混合液を加熱することで、それに含まれるオリゴ糖やその他の水溶性多糖が加水分解され、単糖であるグルコースが生成される。
【００４８】
第二糖溶液生成工程において、加熱温度は２５０℃以上２６５℃以下の範囲であり、且つ加熱時間は１０秒以上６０秒以下の範囲であることが好ましい。
加熱温度が２５０℃よりも低い場合、多糖の加水分解が十分に行われず、糖の収率が低下する。
加熱温度が２６５℃よりも高い場合、多糖の加水分解によって生成された糖の一部が過分解するので、糖の収率が低下する。
加熱時間が１０秒よりも短いと、多糖の加水分解が十分に行われず、糖の収率が低下する。
加熱時間が６０秒よりも長いと、多糖の加水分解によって生成された糖の一部が過分解するので、糖の収率が低下する。
【００４９】
また、セルロース混合液に、リン酸アルミニウム、塩酸、硫酸、酢酸、硫酸アルミニウム等の酸を添加することで、セルロースの加水分解が促進され、極力全てのセルロースが多糖化する。その結果、得られる糖の収率が向上する。上記の酸の中では、リン酸アルミニウムは特に効果が高い。
【００５０】
このとき、酸の添加量は、セルロース混合液１リットルあたり０．５ｇ以上２．０ｇ以下（０．５ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下）であることが好ましい。
【００５１】
酸の添加量が、０．５ｇ／Ｌよりも少ない場合、酸がセルロースに対して十分に作用しないため、収率は殆ど向上しない。
酸の添加量が、２．０ｇ／Ｌ多い場合、酸が生成された多糖の過分解を促進するため、収率が逆に低下する。
【００５２】
このように、本実施形態に係る糖製造方法では、セルロースから一気にグルコースを製造するのではなく、先ずセルロース糖化工程でセルロースから多糖を生成し、そして、次の第二糖溶液生成工程で、前の工程で生成された多糖を用いてグルコースを作るという方法が採用されているので、熱水流通法における加熱温度（約２８０℃）よりも低い温度で加熱され、且つ短時間でグルコースを製造することができる。従って、本実施形態に係る糖製造方法は、熱水流通法よりも高いエネルギ効率でグルコースを製造することができる。
また、本実施形態に係る糖製造方法は、第二糖溶液生成工程中に生じるグルコースの過分解も抑制されるため、熱水流通法よりも高い収率で糖を製造することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例を用いて本発明の効果について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例に用いる試料として、３ｇの杉片を採用した。試料を粒径約０．５ｍｍ程度になるまで粉砕し、その粉砕した試料及び１．５ｍｌの過酸化水素水（濃度３０％）をハステロイ（Haynes International社登録商標）製のオートクレーブ内（内容積５０ｍｌ、日東高圧社製品）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リグノセルロース混合液を作った。なお、このときリグノセルロース混合液中の過酸化水素濃度は０．４４ｍｏｌ／Ｌである。
【００５４】
次に、オートクレーブの蓋を閉じ、オートクレーブを攪拌器に配置し、予備加熱工程として外部ヒーターを用いて、オートクレーブを攪拌しながら１２５℃で、１時間加熱した。予備加熱工程終了後、ヘミセルロース糖化工程として、上記オートクレーブを攪拌しながら１６５℃で１時間加熱し、糖溶液を得た。
【００５５】
第一糖溶液分離工程として、糖溶液のろ過を行い、第一糖溶液を得た。得られた第一糖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、第一糖溶液中に含まれるアラビノース、ガラクトース、グルコース、マンノース及びキシロースの重量を測定した。測定した各単糖の合計重量を、試料１ｇから得られた重量に換算して、表１に示す。
【００５６】
一方、第一糖溶液分離工程で分離された残渣を、ハステロイ（Haynes International社登録商標）製オートクレーブ（内容積１４ｍｌ）内に入れた。そして、オートクレーブに０．４ｍｌの過酸化水素水（濃度３０％）と、リン酸アルミニウム８ｍｇとを入れ、さらにオートクレーブ内の液体の体積が全体で９．６ｍｌになるまで水を入れてセルロース混合液を作り、蓋をした。なお、このときセルロース混合液中の過酸化水素濃度は０．３６ｍｏｌ／Ｌであり、リン酸アルミニウムの添加量は０．８ｇ／Ｌである。
【００５７】
ヘミセルロース糖化工程として、蓋をしたオートクレーブを外部ヒーターと攪拌器とを用いて、攪拌しながら２４５℃で１分間加熱した。加熱終了後、第二糖溶液生成工程として、オートクレーブを攪拌しながら２６５℃で２０秒間加熱した。
オートクレーブ内の第二糖溶液をイオンクロマトグラフィーで分析し、第二糖溶液中に含まれるグルコースの重量を測定した。測定したグルコースの重量を、試料１ｇから得られた重量に換算して、表５に示す。
【００５８】
（実施例２〜実施例１７）
実施例２〜実施例１７は、実施例１で設定した予備加熱工程おける加熱時間、予備加熱工程おける加熱温度、ヘミセルロース糖化工程における加熱時間、ヘミセルロース糖化工程における加熱温度、セルロース糖化工程における加熱時間、セルロース糖化工程における加熱温度、第二糖溶液生成工程における加熱時間、または第二糖溶液生成工程における加熱温度の少なくとも一つを変更して、実施例１と同じ手順で糖を製造した。
ヘミセルロース糖化工程で製造された糖の重量を、試料１ｇから得られた重量に換算して表１に〜表４に示す。また、第二糖溶液生成工程で製造されたグルコースの重量を試料１ｇから得られた重量に換算して表５〜表８に示す。
【００５９】
〔表１〕
2008054608.tif 000003
【００６０】
表１から分かるように、予備加熱工程の加熱時間は、１時間以上２時間以下の範囲であることが好ましい。
【００６１】
〔表２〕
2008054608.tif 000004
【００６２】
表２から分かるように、ヘミセルロース糖化工程の加熱時間は、１時間以上２時間以下の範囲であることが好ましい。
【００６３】
〔表３〕
2008054608.tif 000005
【００６４】
表３から分かるように、予備加熱工程の加熱温度は１０５℃以上１４５℃以下の範囲であることが好ましい。
【００６５】
〔表４〕
2008054608.tif 000006
【００６６】
表４から分かるように、ヘミセルロース糖化工程における加熱温度は、１５５℃以上１６５℃以下の範囲であることが好ましい。
【００６７】
以下の表５〜表８に、実施例１〜実施例１７それぞれの第二糖溶液生成工程終了後に得られたグルコースの重量を示す。
【００６８】
〔表５〕
2008054608.tif 000007
表５から分かるように、セルロース糖化工程における加熱時間は１分以上５分以下の範囲であることが好ましい。
【００６９】
〔表６〕
2008054608.tif 000008
【００７０】
表６から分かるように、第二糖溶液生成工程における加熱時間は、１０秒以上６０秒以下の範囲であることが好ましい。
【００７１】
〔表７〕
2008054608.tif 000009
【００７２】
表７から分かるように、セルロース糖化工程における加熱温度は、２３０℃以上２４５℃以下の範囲であることが好ましい。
【００７３】
〔表８〕
2008054608.tif 000010
【００７４】
表８から分かるように、第二糖溶液生成工程における加熱温度は、２５０℃以上２６５℃以下の範囲であることが好ましい。
【００７５】
（実施例１８〜実施例２７）
実施例１８〜実施例２７では、リグノセルロース混合液中の過酸化水素濃度を変化させたこと以外は全て実施例１と同じ手順で糖を製造した。ヘミセルロース糖化工程で製造された糖の重量を試料１ｇあたりの製造量に換算して、表９に示す。
【００７６】
〔表９〕
2008054608.tif 000011
【００７７】
表９の結果から分かるように、リグノセルロース混合液の過酸化水素濃度は０．２９ｍｏｌ／Ｌ以上０.５８ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であることが好ましい。
【００７８】
（実施例２８〜実施例３３）
実施例２８〜実施例３４では、セルロース混合液中の過酸化水素濃度を変化させたこと以外は全て実施例１と同じ手順で糖を製造した。第二糖溶液生成工程で製造された糖の重量を試料１ｇあたりの製造量に換算して、表１０に示す。
【００７９】
〔表１０〕
2008054608.tif 000012
表１０の結果から分かるように、セルロース混合液中の過酸化水素の濃度は０．１７ｍｏｌ/Ｌ以上０．３６ｍｏｌ/Ｌ以下の範囲であることが好ましい。
【００８０】
（実施例３４〜実施例３８）
実施例３４〜実施例３８では、セルロース混合液１リットルあたりのリン酸アルミニウムの添加量を変化させたこと以外は全て実施例１と同じ手順で糖を製造した。第二糖溶液生成工程で製造された糖の量を試料１ｇあたりの製造量に換算して、表１１に示す。
【００８１】
〔表１１〕
2008054608.tif 000013
表１１から分かるように、セルロース混合液に添加するリン酸アルミニウムの添加量は、０．５ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下の範囲であることが好ましい。
【００８２】
以上、本発明を説明してきたが、本発明は以上の実施の形態に限定されることなく種々の変形例が可能である。例えば、本発明の糖製造方法において、糖の原料としてスギ材の代わりに、リグノセルロースを含むバイオマスを用いることが可能である。リグノセルロースを含むバイオマスとして農産廃棄物であるイネワラ、バクカン、モミガラ等がある。
【００８３】
さらに、原料としてリグノセルロースを含むバイオマスを用いる際は、適当な大きさに粉砕することが好ましい。粉砕されたバイオマスを原料とすることで、各工程が完了するまでに要する時間が短縮されると共に、バイオマス全体が満遍なく反応する、いわゆる反応むらが無くなる。
【００８４】
また、第一糖溶液に酵母（Saccharomyces cerevisiae属等）を添加することでエタノールを製造することができる。
具体的には、ヘミセルロース糖化工程が行われたリグノセルロース混合液に酵母を添加し、酵母が添加されたリグノセルロース混合液を、添加された酵母が最も活発に活動する温度に一定時間保つことで、リグノセルロース混合液内に溶けている糖がアルコール発酵し、その結果、エタノールを得ることができる。
なお、第一糖溶液の代わりに、第二糖溶液を用いても、上記と同様の方法でエタノールを得ることができる。
また、酵母の代わりに乳酸発酵菌を用いることで、乳酸を製造することできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は本実施形態に係る糖製造方法の工程を示す工程図である。
【図１】
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