(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスに含まれるセルロース類を、リグニンが共存する系において、加水分解酵素を使用して糖化するセルロースの糖化方法において、
前記リグニンと親和性の高い物質としてスキムミルクをあらかじめ添加した後、加水分解酵素による反応を開始することを特徴とするセルロース類の糖化方法。
【請求項２】
バイオマスが、農作物の非食部や木質系未利用材又は廃材から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載のセルロース類の糖化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマスに含まれるセルロース類の糖化方法に関し、詳しくはリグニンによる糖化効率の低下を防止し、セルロース類を効率よく糖化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木材チップ、木片、稲ワラ、籾殻等のいわゆる木質系・草本系バイオマス成分であるセルロース類を出発原料として、特にグルコースやキシロース等の糖類を製造する技術の開発が進められている。
【０００３】
従来、リグニンを含む木質系、草本系バイオマスから単糖を回収するには、蒸煮や希硫酸処理を行い、一部のヘミセルロースを回収した後、残渣に含まれるセルロース成分を加水分解して、糖（例えばグルコースなど）を回収する方法が知られている。
【０００４】
このセルロースの加水分解には、酸等による処理よりも、加水分解酵素（例えばセルラーゼなど）を用いる方向で、研究開発が進められている。
【０００５】
特許文献１には、リグニン、ヘミセルロース及びセルロースよりなるリグノセルロースを、酵素を使って分解する前段階で、オゾン処理を行ってリグニンを分解させるリグノセルロースの糖化方法を開示している。
【０００６】
この方法では糖回収率が低いので、これを改良するために特許文献２の方法が提案されている。特許文献２には、酵素による糖化処理以前に過酸化水素水で熱水処理をすることで、酵素による糖化の障害となるリグニンを分解し、セルロースから溶脱するセルロースの糖化方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１４１２４４号公報
【特許文献２】特開２００７−７４９９２号公報
【特許文献３】特開２００５−２７００５６号公報  糖からアルコールへの転換工程におけるリグニン由来の発酵阻害物質を木質炭化物で吸着。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２に記載の方法では、２１０℃〜２７５℃の過酸化水素水で３０秒〜１０分程度加熱する処理するものであるため、過酸化水素水の取り扱いが作業上煩雑であり、また熱水処理を行うにはエネルギーコストがかかる問題がある。
【０００８】
本発明者らは、作業上の煩雑さを招くことなく、エネルギーコストがかからない方法で、セルロース類の糖化率を上げる手法について検討した結果、以下の知見を見出した。即ち、酵素とセルロース、ヘミセルロース及びリグニンが共存する系においては、酵素がリグニンに対する親和力が高いために、酵素によるセルロース加水分解がリグニンによって阻害されるという知見に基づき、リグニンをマスキングしようと、リグニンと親和性の高い物質をあらかじめ添加した後加水分解酵素による反応を開始したところ、酵素とセルロース類の反応を促進できることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、リグニンを酸化分解することなく、系内に存在させたまま、酵素によるセルロース類の加水分解を効率よく促進できる方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の課題は以下の記載によって明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は以下の各発明によって解決される。
【００１２】
（請求項１）
バイオマスに含まれるセルロース類を、リグニンが共存する系において、加水分解酵素を使用して糖化するセルロースの糖化方法において、
前記リグニンと親和性の高い物質としてスキムミルクをあらかじめ添加した後、加水分解酵素による反応を開始することを特徴とするセルロース類の糖化方法。
【００１３】
（請求項２）
バイオマスが、農作物の非食部や木質系未利用材又は廃材から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載のセルロース類の糖化方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、リグニンを酸化分解することなく、系内に存在させたまま、酵素によるセルロース類の加水分解を効率よく促進できる方法を提供することができる。
【００１７】
またリグニンをマスキングすることにより、酵素がリグニンと反応してしまうことがなくなるので、効率的にセルロース類に酵素が作用することができ、酵素消費量を必要最低限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
本発明は、農作物の非食部や木質系未利用材又は廃材等の草本系、木質系バイオマスに含まれるセルロース類を、加水分解酵素を用いて糖化するセルロース類の糖化方法において、前記加水分解工程の前段階で、リグニンと親和性の高い物質を添加する工程を有することを特徴とする。
【００２０】
なお、本発明において、セルロース類とは、セルロース及びヘミセルロースの何れかあるいは両方を指す。
【００２１】
図１は、本発明におけるバイオマスの糖化工程を示すフロー図である。
【００２２】
１は蒸煮又は酸処理工程である。この工程では、農作物の非食部や木質系未利用材又は廃材などのバイオマスに、蒸煮あるいは酸処理をした後、濾過を行い、溶液と固形分（残渣）に分離する。
【００２３】
固形分（セルロース類を多く含む）は、固形物の大きさが２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１００μｍ以下である。固形物の大きさがこれ以上であると加水分解酵素が作用しにくくなる。緩衝液などで固形分濃度を調整した後、工程２へ送る。
【００２４】
２はリグニンと親和性の高い物質を添加する工程である。リグニンと親和性の高い物質としては、スキムミルク、レクチン、ゼラチン等のタンパク質が挙げられ、好ましくはスキムミルクである。
【００２５】
ここで、「親和性」は吸着容量によって測定できる。以下、リグニンと親和性の高い物質は、単にリグニン吸着物質という。
【００２６】
リグニン吸着物質の添加量は、残渣の固形分濃度に対して０．１〜３０重量％の範囲が好ましい。
【００２７】
本発明のリグニン吸着物質は、リグニンには吸着するが、加水分解酵素やセルロース類には吸着しないものである。このため、上述のように、リグニンをマスキングする効果があり、リグニンによるセルロース類糖化効率の低下を防ぐことができる。
【００２８】
リグニン吸着物質を添加した後は、よく攪拌を行うことでよりリグニン吸着の効果が高くなる。
【００２９】
次に、リグニン吸着物質によってリグニンをマスキングした後、糖化工程３において、糖化酵素、例えばセルラーゼを固形分濃度に応じて添加し、セルロース類の糖化を行う。
【００３０】
酵素は、残渣中のセルロース類に対応した量を添加すればよい。
【００３１】
リグニンがマスキングされているため、酵素がリグニンに吸着せず、効率よくセルロース類を加水分解することができるので、必要以上に添加していた酵素量を削減することができる。
【００３２】
使用する酵素の最適ｐＨ、最適温度に保ちながら、一定時間酵素処理を行い、濾過工程４にて濾過し、糖が溶解している液体部分５と固形分残渣６に分け、糖が溶解している液体部分５を回収する。回収した糖は、エタノール発酵等に供される。
【実施例】
【００３３】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。
【００３４】
実施例１
リグニン吸着物質を添加することで、リグニン含有量と糖化効率の関係に与える影響を調査した。
【００３５】
試薬セルロース１．５ｇ（比率５０％）、試薬キシラン（ヘミセルロース）０．７５ｇ（比率２５％）、試薬リグニン０．３ｇ（比率１０％）を混合した後、ｐＨが５．０となる様に０．０５Ｍ酢酸ナトリウムで調整しながら固形分濃度が４重量％となるように水を加え、試料を作製した（模擬バイオマス液）。
【００３６】
試料にスキムミルクを固形分に対し０．５重量％添加し攪拌した。
【００３７】
糖化酵素として、セルラーゼ（明治製菓製  アクレモニウムセルラーゼ）負荷４０ＦＰＵ／ｇ−ＤＭ、βクルコシダーゼ（ジェネンコア協和製  ノボザイム１８８）負荷５ＩＵ（８３．３５ｎｋａｔ）／ｇ−ＤＭ、ヘミセルラーゼ（ヤクルト薬品工業製  セルラーゼＹ−ＮＣ）負荷５ｍｇ／ｇ−ＤＭを添加し、温度４５℃（水浴）、攪拌速度１００ｒｐｍで４８時間反応させた。
【００３８】
＜糖転換効率＞
４８時間経過後、ＨＰＬＣでグルコースおよびキシロースの糖分析を行い、標準法にて定量し、定量結果から次式にてセルロース及びヘミセルロースの糖転換率を算出した。
【００３９】
【数１】
0005260007.tif 000002
【００４０】
＜固形分液化率＞
試験開始時の試料重量と試験終了後の残存試料重量から、次式にて固形分液化率を算出した。
【００４１】
【数２】
0005260007.tif 000003
【００４２】
実施例２
試薬リグニンを０．１５ｇ（比率５％）とした以外は実施例１と同様にして酵素反応を行い、糖転換効率および固形分液化率を算出した。
【００４３】
比較例１
スキムミルクを添加しない以外は実施例１と同様にして酵素反応を行い、糖転換効率および固形分液化率を算出した。
【００４４】
比較例２
スキムミルクを添加しない以外は実施例２と同様にして酵素反応を行い、糖転換効率および固形分液化率を算出した。
【００４５】
参考例
試薬リグニン、スキムミルクを添加しない以外は実施例１と同様にして酵素反応を行い、糖転換効率および固形分液化率を算出した。
【００４６】
実施例１、２、比較例１、２及び参考例の結果を表１に示した。また、糖転換効率とリグニン含量の関係を示すグラフを図２に示す。
【００４７】
【表１】
0005260007.tif 000004
【００４８】
試料中のリグニン量が増えると固形分液化率、糖転換効率が低下した。中でも、糖転換効率は特にリグニン量が増えるに従って低下しているが（比較例１、２）、スキムミルクを加えた実施例１、２は、比較例に比べて糖転換効率の低下が抑制されており、糖転換効率は比較例に比べ約２倍の高い値を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明におけるバイオマスの糖化工程を示すフロー図
【図２】糖転換効率とリグニン含量の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００５０】
１：蒸煮又は酸処理工程
２：リグニンと親和性の高い物質を添加する工程
３：糖化工程
４：濾過工程
５：液体部分
６：固形分残渣
【図１】
0005260007.tif 000005
【図２】
0005260007.tif 000006