(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
禾本科系資源素材の細砕物を、６０℃の飽和過熱蒸気で有意時間処理したものに、腐植物質粉体を圧力加工した無水化構造体から抽出した抽出液並びに黒砂糖、大豆煮汁及び植物性複合酵素剤により醸成した特殊黒砂糖発酵液の混和液を飽和吸水させ、それに低温破砕籾殻、米糠及び光合成細菌を有意量加えて充分混合し、温室内での日光浴及び／又はプロパンガス燃焼ＣＯ２の吹き込みにより有意時間４０℃程度の温度にて保湿保温して光合成細菌を培養することを特徴とする、禾本科系資源からエタノールを醸成する為の単糖化段階を効率化する手段・方法。
【請求項２】
請求項１に記載の手段・方法によって得られた素材を用いてエタノールを発酵せしめ、当該発酵せしめたモロミからエタノール生成液を分離せしめ、燃焼炎を包み込む対向流送風燃焼による加熱機構を内蔵しかつ上部が長方形に解放された構造を有する装置において、該エタノール生成液の表面を加圧空気が流動する機構によって空気にエタノールを気化収容し、そのエタノール含有空気を冷却することによってエタノールを回収することを特徴とする、禾本科系資源からエタノールを醸成する為の単糖化段階と蒸留段階とをそれぞれ効率化する手段・方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  植物系資源からエタノール醸成を目指す工程における単糖化段階を生物消化的に処理し、醗酵後仕上げの蒸留段階コストを効率化する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  木質系や禾本科系の植物系資源からエタノールを得るには、澱粉から得るものと本質的に異なる阻害要因を乗り越えなければならない。例えば木質系組織は成熟するに伴ってセルロース類細胞を包み込むリグリンが生合成されて細胞間隙に沈着（木化現象）し、同時に抽出成分と云う生体自己防衛（細菌から）桟能成分も生合成されて成熟が完成する実態があり、それ等がセルロース等を取り出し単糖化するに避けることできない構造的障害となる。
本願はその植物系資源の本質を理解したうえで、セルロース単糖化を目指した前処理手段を構築するもので、その発想に至る経緯を順を追って説明する
【非特許文献１】木材科学−上、下巻。リグニンの頃は京大の樋口教授が詳述
【０００３】  前項文献からは、最も複雑高度に成長し成熟した木質系の組織成分、生長−生合成に伴う複雑な酵素反応回路等々や、植物体の生合成には酵素の触媒機能無しには成り立たない。生体生長のメカニズムの一端を「生体機能の深奥深層を窺った学術文献」から教えられた。その生体機能の仕組みから、本願の構想が芽生えた。【０００４】  禾本科系資源のセルロースは、木質系の存在構造とは異なり、糖が鎖状に連結して繊維状をなしている（別名  繊維素）が、生長成熟に伴って組織が強固となる。
そのセルロース体の構造、組成そのものは学術的に解明されており、それを利用・活用する過程でのセルロース分解菌もたくさんあり、それぞれの存在位置にあって、それぞれ酵素セルラーゼを生産して機能している関与の仕方も詳しく解明されている。
そしてその消化過程の変化である加水分解も、加水分解酵素が触媒として反応に参加し助けている。
前項の木材化学誌では、複雑な生態酵素の触媒機能をかりた生合成の仕組みを教えられたことと対照的に、本項ではセルロースが活用される過程の一端を教わり、それ等学術文献に導かれた諸経験の積み重ねによって本願の組立が前進し得た。
【非特許文献２】生物学辞典−八杉龍一、小関、古谷、日高〜岩波書店
【非特許文献３】百科事典−セルロース、セルロース分解菌、加水分解の各項
【０００５】  モミガラは稲の成育の生合成の頂点に至って、種子の保護桟能が完成した結果物である。成熟につれて発芽抑制酵素アブシジン酸や抽出成分であるモミラクトーンフェノールが生合成されて黄金色の色彩と共にモミガラの中に蓄積されて種の保護桟能となる。籾貯蔵が食味維持桟能と通ずる効果の源である。
しかし、低温で破砕すると生合成と反対の反応回路に転換した如く自主発熱する。アブシジン酸が破砕刺激で反応回路が転換し、抽出成分を栄養源として発熱に至ったものと推察される事象である。
その自主発熱を抑えて他の有桟資材と混合処理（ボカン肥手法）した発酵においては、先導的な力（もどり分解回路）で発酵系分解を誘導する。他資材の腐敗的悪臭を抑えながらの多才な桟能で、偉大との表現を惜しまない利用分野が広い。発芽抑制酵素と抽出成分との共同作用と云える典型的桟能であろう。【０００６】  前述発酵は資源循環的次元のもどり分解系で法則的秩序があり、成果物は土壌基盤に光合成菌の増殖した菌叢へ誘導するし、物質の結合力を転換する酵素的、触媒的改質力への期待が高く、物質の結合力を弱める解離エネルギー供給源ともなり、それを超えて分解系融合へ進行させる酵素パワーを秘めている様に感じ取っている。
自然循環系における光合成細菌は太陽エネルギーと環境をつなぐ働きをなし、環境保全的淨化桟能創出ははかり知れない拡がりをもつことが知られ、特にも水中で藻類の増殖に見られる桟能は淨化とバイオ資源創成への大きな可能性を教えている。
【特許文献１】成熟植物素材破砕装置−特許第２５９７８７７号
【特許文献２】成熟植物資源からの土壌活性化剤の製造法−特許第３０４４３２６号
【非特許文献４】光合成細菌で環境保全−小林達治（農文協）−１９９３  文献２の発酵成果物は、以降の関連する利用系の基本を成す教えとなるものなので、そのクロマトグラフチャート図を参考図として提示する。
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【０００７】  前項の示唆からオガ屑を７０℃の飽和蒸気で過熱処理した後に軽度の発酵処理をすると６０℃の発酵に至る。が、沸騰点温度で加熱したものは前述処理でも４０℃止まりであった。
抽出成分タンニンの強さに定評のある栗のオガ屑を前述処理したもの１００％を基材としたナメコ茸をビン栽培して満点の成果であった。改質したタンニンがキノコ菌の働きの栄養源ともなり、リグニン消化を容易にした如きであった。又、残りのオガ屑に発芽種籾が混入したものを１週間後に発見し、根が芽の３倍も伸長していた事象は、タンニンが植物生長促進剤に改質した？ことを知らせる貴重な教訓となった。
本願の基となった処理装置は昭和６１年から取り組むと共に加熱機構にも改善がなされているので、それをまとめて書き文献に示す。
【特許文献３】人口環境の加湿暖房装置−特許２７０４２５７号
【特許文献４】人口環境の高能率暖房加湿装置−特願平９−３６４２５８
【特許文献５】高能率熱交換燃焼装置−特許３０３０３２１号
【特許文献６】有圧過熱蒸気による植物素材処理法−特願２０００−５４７６７
【０００８】  前述の事象は生合成の積み重ねによって成熟を完了した植物体は、関与した酵素群を休眠の形で抱え込んで居り、それが好適な刺激で再活性化し、複数の生体防衛成分が、補完し合いながら共同して分解系に反応回路を転換したのであろうと思科される自然界の妙理と感じた。この事は植物資源循環にあって極めて重要な事象であり、厖大な資源再生に微生物を活応用する生物的対処法の基本を成すものである。
以上の本質をふまえ、それを封助する相乗的効果のある手段を組合せて、セルロース等の単糖化を可能容易ならしめる主題に資する。【０００９】  本項では木材資源利用分野にかかる情報を集め併せてその植物資源としての特性を理解する。
▲イ▼白カンバ（抽出成分が少ない）の餌化にかかる試験−岩手バイオマス研究会（生研桟構の出資）で１８０℃の蒸煮を試みて餌化は可能だが土地生産性を含めて牧草に代わるまでは行かなかった。
▲ロ▼京都大学の木材学研究所（樋口隆昌教授）
２３０℃−３０気圧から爆砕手法でリグニン層を破砕して、セルロース等を利用し糖化率９０％以上。
▲ハ▼上記温度でも抽出成分は健在で餌には嗜向性が悪いから樹種によって不適なものが出る。
樋口教授は北欧のパルプ廃液中で見つけたペキロ菌が抽出成分を蛋白に転換することを見つけられた、北欧では飼料化利用されているが日本では許可されないとのお話し。
▲ニ▼樋口先生によると上記ペキロ菌は爆砕物にしか繁殖しないだろうとのお話であったが岩手県畜産指導所（奥友）の試験では北海道産の泥炭には繁殖する事象を確認した。【００１０】  本願の禾本科系素材前処理に様々な面で助けてくれる、特殊腐植物質（以下、単に腐植物質）は長崎県に産出し、古代地球が現代に遺してくれた貴重な資源と云われ、６００万年前に生成された純粋の腐植段階の泥として存在する。その生い立ちと掘り出してから２年有余にわたる複雑な処理によって複数の利用段階形状の製品となるが、粉体や、その抽出液、或いは強力に圧出して無水化ペレット等に至る工程を理解することが、今後それぞれの利用法を構築する前提となる。【特許文献７】特殊腐食物質の特性を生かした環境保全型燃焼法−特開２００２−２０６７２６号公報
【００１１】  前項腐植物質はフミン、フミン酸、フルボ酸等、化学的に性質や分子数等々の性質の異なるそれぞれが自然界で同居し、混然一体的物質として存在する稀有とも云える不思議な物質で、多くの環境保全桟能に優れ、例えば抽出液１ｌを生ワラ施用水田に散布した際にもトロ土化へ移行が進み、緑藻も繁殖して光合成菌叢化が進行し、炭酸ガスの発生量が半減、硫化水素の発生も少なかった。【００１２】  上記例の外に利用過程の中で想定外の事象で驚かされることがある。
例えば非常に硬い鉱石であるライフグリーンの微粉と腐植物質抽出液の１，０００倍液とを混合して使用したとき（１０ａ当りライフ粉１ｋｇ×１００ｌで養面撒布）に、鉱石微粉が糊状となった事象は化学反応と云う次元では理解出来ず、濃度が薄くて桟能することから、触媒桟能とキレート桟能とが同時に仂いたとでも思考すれば納得出来ようか？前述は複数物質の解離分解と融合とを同時に進行させる生合成を司る酵素群の働きを彷彿させる多面的桟能である。
追記すると自然循環系における有桟と無桟の切点と評される森林の腐葉土層で創出されるのがフルボ酸で、自然生態系に大きく貢献すると信じられている。【００１３】  前項抽出液の稀釋液が多くの有桟資材の発酵操作の過程で、微生物群の活性を強く幇助し関与することから、本願主題の禾本科系資材のセルロースが繊維化する成熟度の進んだものを単糖化する工程を、高温や酸による処理ではなく微生物的生物手法で大幅に前進させようとする前処理技術の中核を担い得る期待が高い。
下記文献は複数物質（鉱石）を原料として調合し焼結した成果物の分析で、原料から想像出来ない炭素の集積が異常に多かった事例に接し、その桟能の多様さに驚かされた。
【特許文献５】桟能性セラミックスの製造法−特願２００５−７３８７６
【００１４】  急速に拡大するバイオエタノールの生産環境に現地での課題や展望の情報が顕在化して来た。トウモロコシの実を原料とするに生産に投下するエネルギーと生産されるエタノー
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な禾本科系の繊維質は、セルロースが成熟度の進んだものであって、その単糖化が課題になっており、米國でもセルロース系エタノールの生産コストを下げる努力が必要で、未だ生産は実証プラントに限られていると云う情報には驚かされた。
併せて究極のバイオエタノールの生産と環境を両立させ得るのは、燃焼排ガスのＣＯ２を液化して炭素源とし、太陽光との光合成によって緑藻−光合成微生物を生産してエタノールに変換するのが最も効率が高いとの目標教示も示された。関連してその同化養分が主として澱粉であるとの情報（非特許文献２−緑藻の項）も貴重である。
【非特許文献８】特集−バイオ燃料−ナショナルジオグラフィック−２００７、１０月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】  （０００２）、（０００４）項に本願の主題がなぜ必要か概畧的に示しているが、急速に社会的に求められている禾本科系素材等からバイオエタノールを醸成する為には避けることの出来ない構造上の障害が横たわって居り、それを社会に通用するコストで改質しようとするのが本願の主題である。最も大きな可能性としては、燃焼ガスのＣＯ２を液化し、太陽光との同化作用で緑藻（同化成分は澱粉）を生産するのが好ましいとの展望が示されている。【００１６】  （０００７）項にあげた概念に基づいて、内部に包含する酵素群を活性化し、封助物質のもつ桟能との相乗作用を発揮する如く処理手段を積重ね、自然循環系の生物消化的手法で大部分の前処理工程を終えたい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】  前項をふまえて、本願では禾本科系素材からエタノールを得る為に越えなければならない前処理技術を如何に組立てるべきか。背景技術であげた経験事象を基にして、生合成を積重ねて成熟の頂点に至った植物生体の特性を活かした循環もどり分解系酵素反応を封助する手法を基軸とし、複数の封助資材の活用を組み合わせ、その相乗作用によって主題に到達しようとするものである。【００１８】  具体的手順は次の通りである。
▲１▼  禾本科系素材は出来る丈細断破砕する。
▲２▼  ６０℃の有圧飽和過熱蒸気で有意時間加熱し（特許文献２）自前酵素を活性化する。
▲３▼  ▲２▼に腐植物質抽出稀釋液と、特殊黒砂糖発酵液稀釋液との混合液で飽和吸水させる。
▲４▼  ▲３▼処理材に低温破砕モミガラと米糠並びに光合成菌を加え充分撹拌する。
▲５▼  ４０℃を目標に温室内での日光浴やガス燃焼ＣＯ２による保温・保湿培養する。【００１９】  前項手段は背景技術にあげた経験事象から導き出されたものである。
基となるのは、禾本科系等資源素材が休眠酵素群を抱えた生体である実態と、補完封助資材のもっている特性とが相乗作用的にかもし出す酵素反応が、それぞれの資材の包含する生合成に関与した酵素群が總参加する“共生もどり分解系酵素反応”に転換したと理解しても誤りでないと確信出来る。
そしてそれ等の反応源を融合して改織、改質工程を完成の域まで進行させるには、腐植物質粉体を圧出して無水化構造体として神秘的に構造的改質され桟能が向上した−バリヤクリーンの抽出稀釋液の包括的触媒桟能と併せ固有のキレート桟能が繊維化したセルロースの解繊までに到る先願事象に支えられている。【００２０】  低温破砕モミガラのもどり分解系酵素反応を先導する事象は数多く経験し、腐植物質抽出液の、しかも非常にうすい液が、酵素微生物を活性化する触媒的仂きについても多くの種類での多数事例で確かめられており、しかも反応結果には光合成菌由来菌叢増殖事象が多く、前々項▲５▼の保温培養段階で日光線（電磁波）の力を積極的に活用しようとする根拠でもある。関連して前述モミガラをベースとしたボカン肥の発酵生成物が、菌叢的アミノ酵組成に変成して、その発酵過程と結果のすばらしさをうかがえるクロマトチャートグラフ図の参考図は、（特許文献２）に属するので（０００６）項に提示した。
又併せて装置の床部にも遠赤外線放射桟能のあることが好ましいゆえんでもある。【００２１】  前項に関連して本願で用いる特殊黒砂糖発酵液は、黒砂糖と大豆煮汁と植物性複合酵素剤によって醸成したもので、多様なアミノ酸が生成され、栽培現場（葉面撒布等）で多くの作物の活性化に貢献して、作物の品質に幾多の桟能性が付与された事象に接した。更に搾乳牛２０頭群２戸で、１頭当り朝夕に１ｃｃ給与して軟糞が盛上ると共に臭いが減少する事象（３ヶ月）もあり、消化的（セルラーゼ活性化）改質の可能性が確認されたので本願で大きな役割を期待したものである。分析表を表図−１としてページ６に提示する。
その未完的技術指標に上乗せして先願に導かれた本願の禾本科系資源が生体である特性を活用する生物消化機能的処理を提案したことは急激に返遷する社会需要に低コストで普遍的に実行可能な道を示したことになる。
以上は禾本科系資源を単糖化段階処理について関連事項をまとめた。【００２２】  本願のエタノール生成液の蒸留段階処理については、物理的側面が多いので、実施例項で詳述する。
【発明の効果】
【００２３】  禾本科系資源からのバイオエタノールを醸成しようとする需要は緊々の社会課題であるがコスト的に普遍的技術は未達であった。本願が（非特許文献１及び２）に導かれ、先願例の積み重ねによってその部分の一部を埋め得られる。
原料が広く賦存し、且つ再生産が可能であり、環境保全に貢献し得る効果は計り知れないほど大きく、蒸留化段階の省エネと効率の向上は主目的の成否にも大きき貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  本願は背景技術にあげた経験事象の積重ねから方向性を見出した段階であって、セルロース等を単糖化してエタノール発酵に至る工程の酵素環境関連については未確認の不安がある。需要と供給原料の厖大さに鑑みて普遍的な実施手段について関係者が情報を共有し、難問題を解決する態勢整備が求められる。
植物生合成生長の頂点から、逆に共生もどり分解系酵素反応を封助誘導しセルロース単
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糖化に消化的桟能を強化すると云う手法に至るべく開発を進展されたい。
又、後半の蒸留段階の効率化に関しては、特に加熱手段・機構が現在のＣＯ２削減課題と直結するので、現状と対比して前進・発展に資される関係者の協力が望まれる。
【実施例】
【００２５】  関連する原料と封助資材の基礎を検証する。
（１）原料の禾本科系素材はほとんど全てのものに対応する。細砕した方が好ましい。
（２）低温破砕モミガラは（特許２５９８７７号）に依るもので高温爆破のものは酵素の活性が失われ（死滅）桟能しない。細断も発明者の試用では、効果が少なかった。
（３）腐植物質は長崎県に産出し、東京都千代田区富士見１〜５〜３〜１３（株）ジェイ・エイエイが供給している。本願では無水化構造体ペレット状に加工・改質したバリヤクリ−ンから抽出し希釈して使用する。基本の粉体からの抽出液のそれと格段に微生物活性力が向上した。
本願での酵素群の活性化を求めるには薄い稀釋液の方がキレート作用と触媒桟能との相乗作用が期待される。例えば森林の腐養土層で創出されたフルボ酸が海に流れ込み鉄分を可溶化（フルボ酸鉄）し海の生態系を豊かにするという“森は海の恋人”感が好例である。
（４）原料素材の酵素活性化処理する飽和過熱蒸気発生装置と機能は特許文献−３，４，５，６に詳しく説明したので省略するが、処理槽は各様のものがある。飽和過熱蒸気の保有するエンタルピーの桟能が生体酵素に活力を与える。（００７）項のそれを用いた培地キノコ育成期に雑菌も出ず好成績を得た事例がある。
飽和過熱蒸気のもつ特性であるエンタルピーの活用分野は重要な意味を持っており、又過熱蒸気発生の基となる熱ロス現象機能の活用分野も期待されるので、表図−２に飽和過熱蒸気物性値表（抜粋）を示す。
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（５）本願で大きな部分に関連する飽和空気生成のメカニズム（熱ロス現象）は冬の日本海を渡る季節風が、あの豪雪の素となる湿度を気化することを、冬の裏日本のキノコ栽培環境を通じて気付かされた。
熱ロス現象は、空気と液面の温度差の二乗と有圧空気の液面流動スピードの二乗に比例する。
そして飽和空気の保有するエンタルピーが、生物の環境保護に果たしている役割の素晴らしさを改めて自然から教えられた。【００２６】  以下実施例を示すが、（００１５）項等、エタノールをめぐる世界的な情報を受け、先願事例と課題とを対象検証して組立てたものである。前処理は消化的酵素群の活性化を促し、エタノール発酵菌を投入できる段階に到達する。
【実施例１】
【００２７】  禾本科系素材の前処理である単糖化段階の処理例を説明する。
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【実施例２】
【００２８】  エタノール醗酵液の蒸留段階処理について説明する。この段階の処理の要因としては、溶液を加温する加熱機構の改善と、エタノール気化手段の改善の２点から成る。
装置としては対向流送風燃焼方法による加熱機構を内蔵した溶液加熱気化装置は、上部が長方形に開放され、その溶液表面を加圧空気が流動すると熱ロス現象が誘起されて飽和空気にエタノールが収容され、それを冷却して回収する。溶液加熱はエタノールの沸点７８．４℃以下でよく気化が機能する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  世界的にエタノール問題は大きな転換点にあり、根底には技術の未熟さにある。
バイオエタノールの生産と消費は環境負荷の軽減を目指してブーム的に拡大しているが、必ずしも目指す目的に合致しない部分が生じて来ていると比較検証の結果情報が顕在化して来た。例えばトウモロコシの実だけを原料とする場合には、その原料を生産する為の投入エネルギーと、生み出される新エネルギーとの差が小さく、原料生産圃場での環境負荷の増大が懸念されるおそれすらあると云うのである。
そのことをふまえ、到達すべき目標は、実以外の植物体のすべてを活用することで、供給原材料の確保が数倍も可能になると云う物理面と、その場合のセルロースの単糖化への化学的面からの指摘である。
そのことは産業的視点から禾本科系の厖大な未利用資源の活用の必要性を教え、その為にそれ等資源の抱える成熟度を改繊或いは改質する技術の必要と可能性の教唆でもあり本願への支援情報でもある。【００３０】  数々の先願事象を積重ねた本願は、最も環境にやさしく持続可能で有望な厖大な未利用資源の活用を目指し、生きた植物体である特性をふまえ、休眠している酵素群を活性化し、「共生もどり分解系」酵素反応へ誘導して構造的障害を改質すると共に、セルラーゼ等の消化系桟能を活性化する等の生物的前処理によって、低コストで、且どこでも実施施出来るエタノール発酵の前提であるセルロースを単糖化する具体的手段を提示したことは、エタノール生産部門の可能性を拡大することに展望を開いたことになる。【００３１】  エタノールをめぐる長期的展望では、本願の終段階で光合成菌の増殖（緑藻）と内部消化酵素の活性化桟能目指した延長線上には、日光とＣＯ２を最も高度に活用した藻類を生産すると云う環境淨化桟能とバイオマス増殖を両立させると言う燃焼排ガスの高度活用の新しいシステム像の可能性が見える。（００２５）項で述べた如く、関係者あげての協を構築し技術開発して産業と経済を両立せしめて危機的社会課題に貢献できる。