(57)【要約】【課題】キシロースの回収【解決手段】バイオマス水解物にナノ濾過を受けさせ、キシロースに富んだ溶液をナノ濾過透過物として回収することによって、バイオマス水解物からキシロース溶液を生成する方法に関する。出発物質として使用される前記バイオマス水解物は、典型的にはパルピング加工から得られた古液である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス水解物又はその一部からキシロース溶液を生成する方法であって、前記バイオマス水解物にナノ濾過を受けさせ、キシロースに富んだ溶液をナノ濾過透過物として回収することを特徴とする方法。
【請求項２】
リグノスルホネート、オリゴ糖、ヘキソース糖及び二価の塩を含む溶液を未透過物として回収することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
乾燥物質含有量に基づいて、前記出発バイオマス水解物の１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上、最も好ましくは２．５倍以上のキシロース含有量を有する、キシロース溶液をナノ濾過透過物として回収することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
乾燥物質含有量に基づいて、前記出発バイオマス水解物の１．５ないし２．５倍以上のキシロース含有量を有するキシロース溶液を回収することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記出発バイオマス水解物の乾燥物質含有量が３ないし５０重量％、好ましくは８ないし２５重量％であることを特徴とする前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ナノ濾過供給物として使用される前記出発バイオマス水解物の乾燥物質含有量が、３０重量％以下であることを特徴とする前記請求項１ないし５ののいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記バイオマス水解物が、乾燥物質含有量に基づいて５ないし９５重量％、好ましくは１５ないし５５重量％、より好ましくは１５ないし４０重量％、及び特に８ないし２７重量％のキシロース含有量を有することを特徴とする前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記バイオマス水解物がパルピング加工から得られた古液であることを特徴とする前記請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記パルピング加工から得られた古液が、古スルフィットパルピング液であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記古スルフィットパルピング液が、酸性の古スルフィットパルピング液であることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記古スルフィットパルピング液が、硬木スルフィットパルピングから得られたことを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
前記バイオマス水解物が一回又はそれ以上の前処理工程を受けさせられたことを特徴とする前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記前処理工程が、イオン交換、限外濾過、クロマトグラフィー、濃縮、ｐＨ調節、濾過、希釈、結晶化及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記古液がキシロースの結晶化から得られた母液であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノ濾過が、１ないし７、好ましくは３ないし６．５、最も好ましくは５ないし６．５のｐＨで行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナノ濾過が、１０ないし５０バール、好ましくは１５ないし３５バールの圧力で行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノ濾過が、５ないし９５℃、好ましくは３０ないし６０℃の温度で行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノ濾過が、１０ないし１００リットル／ｍ２ｈの流動で行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ナノ濾過が、１００ないし２５００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズの高分子及び無機膜から選択されたナノ濾過膜を使用して行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ナノ濾過膜の遮断サイズが、１５０ないし１０００ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノ濾過膜の遮断サイズが、１５０ないし５００ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記ナノ濾過膜が、イオン膜から選択されることを特徴とする請求項１２ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノ濾過膜が、疎水性及び親水性膜から選択されることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノ濾過膜が、セルロースアセテート膜、ポリエーテルスルホン膜、スルホン化ポリエーテルスルホン膜、ポリエステル膜、ポリスルホン膜、芳香族ポリアミド膜、ポリビニルアルコール膜及びポリピペラジン膜及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項１９ないし２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノ濾過膜が、スルホン化ポリエーテルスルホン膜及びポリピペラジン膜から選択されることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノ濾過膜が、ＮＦ−２００及びデザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）膜から選択されることを特徴とする請求項２４又は２５記載の方法。
【請求項２７】
前記ナノ濾過膜の形状が、シート、チューブ、スパイラル膜及び中空繊維から選択されることを特徴とする請求項１９ないし２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノ濾過膜が、高剪断型膜から選択されることを特徴とする請求項１９ないし２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノ濾過膜が、洗浄によって前処理されたことを特徴とする請求項１９ないし２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
洗浄剤が、エタノール及び／又はアルカリ性洗剤から選択されることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記ナノ濾過工程が少なくとも一回は繰返されることを特徴とする前記請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記工程がバッチ式又は連続的に行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記工程がを並列又は直列に配置された複数のナノ濾過要素を含むナノ濾過装置を使用して行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記工程が、一回又はそれ以上の前処理工程をも含むことを特徴とする前記請求項１ないし３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記前処理工程が、イオン交換、限外濾過、クロマトグラフィー、濃縮、ｐＨ調節、濾過、希釈、結晶化及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記工程が、一回又はそれ以上の後処理工程をも含むことを特徴とする前記請求項１ないし３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記後処理工程が、イオン交換、結晶化、クロマトグラフィー、濃縮及び脱色から選択されることを特徴とする請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記工程が、キシロースをキシリトールへ転換するための後処理工程として、還元を含むことを特徴とする請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
キシロースに富み、ナノ濾過透過物として回収された前記溶液が、他のペントース糖をも含むことを特徴とする前記請求項１ないし３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記他のペントース糖が、アラビノースを含むことを特徴とする請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
ナノ濾過未透過物中で、回収された前記ヘキソースが、グルコース、ガラクトース、ラムノース及びマンノースの一種又はそれ以上を含むことを特徴とする請求項２ないし４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
キシリトールの生成のための請求項１ないし３７のいずれか１項に記載の方法に従って得られたキシリトール溶液の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマス水解物から、例えばパルピング加工から得られる古液から、典型的にはスルフィットパルピング加工から得られる古液からキシロースを回収するための新規方法に関する。
【０００２】
キシロースは、甘味、芳香及び調味料工業の原料及び特にキシリトールの生成における出発物質として価値がある。キシロースは、キシラン含有ヘミセルロースの加水分解中に、例えば、バイオマスの直接酸加水分解中に、（例えば、スチーム又は酢酸を用いた）プレ加水分解によってバイオマスから得られたプレ水解物の酵素又は酸加水分解中に、及びスルフィットパルピング加工中に形成される。キシランに富んだ植物材料は、様々な種類の木、特に樺、ポプラ及びブナのような硬木の木材、穀物の様々な部分（例えば、わら及び穀、特にトウモロコシ及び大麦の穀、及びトウモロコシの穂軸、及びトウモロコシの繊維。）、バガス、ココナッツの殻、綿の種子の殻等を含む。
【０００３】
キシロースは、例えば、様々な源泉及び純度のキシロース含有溶液から、結晶化によって回収される。キシロースに加えて、古スルフィットパルピング液は、リグノスルホネート、スルフィット蒸煮化学薬品、キシロン酸、オリゴ類、二糖類及び単糖類（所望のキシロース以外）及び、酢酸及びウロン酸のようなカルボン酸を典型的な成分として含む。
【０００４】
結晶化前に、原則として、セルロース材料の加水分解の結果として得られるキシロース含有溶液を、機械的不純物を除去するための濾過、限外濾過、イオン交換、脱色、イオン排除又はクロマトグラフィーもしくはそれらの組合せのような様々な方法によって、必要な純度まで精製する必要がある。
【０００５】
キシロースは、パルプ工業において、例えば硬木原料のスルフィット蒸煮中に多量に生じる。このような蒸煮液からのキシロース分離は、例えばＵ．Ｓ特許４，６３１，１２９（スオメン  ソケリ  オイ）に記載されている。この方法において、スルフィット古液は、二段階のクロマトグラフィー分離を受けさせられ、本質的に精製された糖（例えば、キシロース）及びリグノスルホネートの画分を形成する。第一のクロマトグラフィー画分は、二価の金属塩形態、典型的にはカルシウム塩形態の樹脂を使用して行なわれ、そして第二のクロマトグラフィー画分は、ナトリウム塩形態のような、一価の金属塩形態の樹脂を使用して行なわれる。
【０００６】
ＵＳ特許５，６３７，２２５（キシロフィン  オイ）は、少なくとも二つのクロマトグラフィー区画充填物質ベッドを含む逐次クロマトグラフィー擬似移動ベッド系によるスルフィット蒸煮液の画分のための方法を記載しており、そしてその方法では、単糖類に富んだ少なくとも一つの画分及びリグノスルホネートに富んだ一つの画分が得られる。区画充填物質ベッド中の材料は、典型的にはＣａ２＋形態の強酸陽イオン交換樹脂である。
【０００７】
ＵＳ特許５，７３０，８７７（キシロフィン  オイ）は、少なくとも異なるイオン形態の二つのクロマトグラフィー区画充填ベッドを含む系を使用するクロマトグラフィー分離法によって、スルフィット蒸煮液のような溶液を画分するための方法を開示している。該方法における第一ループの区画充填ベッド物質は、基本的には、Ｃａ２＋形態のような二価の陽イオン形態であり、そして最終ループの区画充填ベッド物質は、基本的には、Ｎａ＋形態のような一価の陽イオン形態である。
【０００８】
ＷＯ９６／２７０２８（キシロフィン  オイ）は、比較的に低いキシロース純度、典型的には溶解した乾燥固体中に３０ないし６０重量％のキシロースを有する溶液から結晶化及び／又は沈殿によるキシロースの回収方法を開示している。処理されるキシロース溶液は、例えば、スルフィットパルピング液からクロマトグラフィーによって得られる濃縮物であり得る。
【０００９】
古スルフィットパルピング液を精製するために、限外濾過のような膜技術を使用することも又既知である（例えば、Ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３巻、Ｆｏｒｅｓｔ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，８６頁，ジョハン  グリッセン、ハヌー  パウラプロ及びパー  ステニウス編、ヘルシンキ技術大学，フィンランド製紙技術者協会及びＴＡＰＰＩが共同出版、グメルス（Ｇｕｍｍｅｒｕｓ）、ユバスキラ、フィンランド、２０００年）。従って、高モル質量リグノスルホネートは、限外濾過によって、キシロースのような低モル質量成分から分離され得る。
【００１０】
このように、スルフィット古液中に存在するリグノスルホネートのようなモル質量が大きい化合物を、キシロースのようなモル質量が小さい化合物から分離するために限外濾過を使用することが既知であり、それによって、モル質量が大きい化合物（リグノスルホネート）は未透過物中に分離され、そしてモル質量が小さい化合物（キシロース）は透過物中に濃縮される。更に、例えば塩からのキシロースの濃縮は、例えばイオン排除を用いるクロマトグラフィー法により可能である。
【００１１】
ナノ濾過は、逆浸透及び限外濾過の間で行われる、比較的に新しい圧力駆動膜濾過法である。ナノ濾過は、典型的に、３００ｇ／ｍｏｌより大きいモル質量を有する大きい有機分子を保持する。最も重要なナノ濾過膜は、界面重合によって作成された複合膜である。ポリエーテルスルホン膜、スルホン化ポリエーテルスルホン膜、ポリエステル膜、ポリスルホン膜、芳香族ポリアミド膜、ポリビニルアルコール膜及びポリピペラジン膜が、広く使用されるナノ濾過膜の例である。無機及びセラミック膜もまた、ナノ濾過に使用され得る。
【００１２】
二糖類及びそれ以上の多糖類から、グルコース及びマンノースのような単糖類を分離するためにナノ濾過を使用することは既知である。単糖類、二糖類及びそれ以上の多糖類を含む出発混合物は、例えば、澱粉水解物であり得る。
【００１３】
Ｕ．Ｓ．特許５，８６９，２９７（アーチャー  ダニエルス  ミッドランド  株式会社（Ａｒｃｈｅｒ  Ｄａｎｉｅｌｓ  Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｃｏ．）は、ブドウ糖を生成するためのナノ濾過法を開示している。この方法は、二糖類及び三糖類のような多糖類を、不純物として含むブドウ糖組成物をナノ濾過することを含む。ブドウ糖の固体含有量が少なくとも９９％のブドウ糖組成物が得られる。架橋芳香族ポリアミド膜が、ナノ濾過膜として使用されてきた。
【００１４】
ＷＯ９９／２８４９０（ノボ  ノルディスク  ＡＳ（Ｎｏｖｏ  Ｎｏｒｄｉｓｋ  ＡＳ））は、糖類の酵素反応のための方法、及び酵素で処理された、単糖類、二糖類、三糖類及びそれ以上の多糖類を含む糖類溶液のナノ濾過のための方法を開示している。単糖類は、透過物中に得られ、一方、二糖類及びそれ以上の多糖類を含むオリゴ糖のシロップは未透過物中に得られる。二糖類及びそれ以上の多糖類を含む未透過物が、回収される。１００ｇ／ｍｏｌ以下の遮断サイズの、薄いフィルム複合ポリスルホン膜が、例えばナノ濾過膜として使用されてきた。
【００１５】
Ｕ．Ｓ．特許４，５１１，６５４（ＵＯＰ株式会社）は、アミログルコシダーゼ及びβ−アミラーゼから選択された酵素で、グルコース／マルトースを含む供給原料を処理し、部分的な加水分解反応混合物を形成させ、結果として生じた部分的な加水分解反応混合物を、限外濾過膜を通過させ、未透過物及び透過物を形成させ、未透過物を酵素処理工程に再循環させ、そして高いグルコース又はマルトースシロップを含む透過物を回収することによる、多くのグルコース又はマルトースシロップの生成方法に関する。
【００１６】
Ｕ．Ｓ．特許６，１２６，７５４（ロクエッテ  フレレス（Ｒｏｑｕｅｔｔｅ  Ｆｒｅｒｅｓ）は、多くのブドウ糖含有量を有する澱粉水解物の製造方法に関する。この方法では、澱粉ミルクに酵素処理を受けさせ、原料糖類化水解物を得る。このようにして得られた水解物は、続いて、高ブドウ糖含有量を有する所望の澱粉水解物をナノ濾過透過物として回収するためにナノ濾過を受けさせられる。
【００１７】
膜技術による、例えばグルコースのような他の単糖類からのキシロースの分離は、従来技術では開示されていない。
【００１８】
本発明の目的は、パルピング加工から得られる古液のような、バイオマス水解物からのキシロースの回収方法を与えることである。本発明の請求項に記載された方法は、ナノ濾過の使用に基づく。
【００１９】
本発明に従って、複雑及び厄介な、いくつかのクロマトグラフィー又はイオン交換工程は、さほど複雑でないナノ濾過膜技術に、完全に又は部分的に置換され得る。本発明の方法は、キシロースに富み、かつ古スルフィットパルピング液中に存在するような、バイオマス水解物の一般的な不純物が存在しないキシロース溶液を与える。
【００２０】
本発明のより詳細な説明を以下の記載及び請求項で与える。
【００２１】
本発明の好ましい態様の詳細な記載を以下に示す。
【００２２】
本発明は、バイオマス水解物又はその一部からキシロース溶液を生成する方法に関する。本発明の方法は、前記バイオマス水解物にナノ濾過を受けさせ、キシロースに富んだ溶液をナノ濾過透過物として回収することを特徴とする。
【００２３】
本発明において、有用なバイオマス水解物は、いかなるバイオマス、典型的にはキシラン含有植物材料の加水分解から得られ得る。バイオマス水解物は、バイオマスの直接酸加水分解から、（例えば、スチーム又は酢酸を用いた）プレ加水分解によってバイオマスから得られたプレ水解物の酵素又は酸加水分解から、及びスルフィットパルピング加工から得られ得る。キシラン含有植物材料は、様々な種類の木、特に樺、ポプラ及びブナのような硬木の木材、穀物の様々な部分（例えば、わら及び穀、特にトウモロコシ及び大麦の穀、及びトウモロコシの穂軸、及びトウモロコシの繊維。）、バガス、ココナッツの殻、綿の種子の殻等を含む。
【００２４】
本発明の方法において、出発物質として使用されるバイオマス水解物は、バイオマスベースの材料の加水分解から得られたバイオマス水解物の一部でもあり得る。前記バイオマス水解物の一部は、例えば限外濾過又はクロマトグラフィーによって得られる、プレ精製された水解物であり得る。
【００２５】
本発明の方法では、（乾燥物質含有量に基づいて、）出発バイオマス水解物の１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上、最も好ましくは２．５倍以上のキシロース含有量を有するキシロース溶液が、例えば、キシロース含有量及びバイオマス水解物のｐＨ及び使用されるナノ濾過膜に依存して得られる。典型的には、（乾燥物質含有量に基づいて、）出発バイオマス水解物の１．５ないし２．５倍以上のキシロース含有量を有するキシロース溶液が、例えば、キシロース含有量及びバイオマス水解物のｐＨ及び使用されるナノ濾過膜に依存して得られる。
【００２６】
本発明に従ったキシロース回収のために使用されるバイオマス水解物は、典型的には、パルピング加工から得られた古液である。本発明において、有用な典型的な古液は、キシロース含有古フルフィットパルピング液であり、そしてそれは好ましくは、酸性のスルフィットパルピングから得られる。古液は、スルフィットパルピングから直接得られ得る。それは、濃縮されたスルフィットパルピング液又はスルフィット蒸煮から得られる側逃げ液でもあり得る。それは又、スルフィットパルピング液からクロマトグラフィーによって得られるキシロース含有画分、又はスルフィットパルピング液の限外濾過によって得られる透過物でもあり得る。更に、中性の蒸煮から得られる後−加水分解古液が適している。
【００２７】
本発明において、有用な古液は、好ましくは、硬木パルピングから得られる。軟木パルピングから得られる古液も又適しており、好ましくは、ヘキソースが、例えば醗酵によって除去された後のものが適している。
【００２８】
本発明において、処理される古液はまた、バイオマス、典型的にはセルロース材料の酸を用いた消化又は加水分解から得られるあらゆる他の液でもあり得る。このような水解物は、セルロース材料を例えば塩酸、硫酸又は二酸化硫黄のような無機酸を用いて処理すること、又は蟻酸もしくは酢酸のような有機酸を用いて処理することによって得られ得る。エタノールベースのパルピングのような溶媒ベースのパルピングから得られる古液もまた使用され得る。
【００２９】
出発物質として使用されるバイオマス水解物は、一回又はそれ以上の前処理工程を受けさせられ得る。前処理工程は、典型的に、イオン交換、限外濾過、クロマトグラフィー、濃縮、ｐＨ調節、濾過、希釈、結晶化及びそれらの組合せから選択される。
【００３０】
古硬木スルフィットパルピング液は又、キシロース含有量に基づいて、典型的には、１０ないし３０％の量の他の単糖類も含む。前記他の単糖類は、例えば、グルコース、ガラクトース、ラムノース、アラビノース及びマンノースを含む。キシロース及びアラビノースは、ペントース糖であるのに対し、グルコース、ガラクトース、ラムノース及びマンノースは、ヘキソース糖である。更に、古硬木スルフィットパルピング液は、典型的には、パルピング化学薬品の残余及びパルピング化学薬品の反応生成物、リグノスルホネート、オリゴ糖、二糖類、キシロン酸、ウロン酸、カルシウム及びマグネシウム陽イオンのような金属陽イオン及び、スルフェート及びスルフィットイオンを含む。出発物質として使用されるバイオマス水解物も又、バイオマスの加水分解に使用した酸の残余を含む。
【００３１】
出発バイオマス水解物の乾燥物質含有量、例えば古液の乾燥物質含有量は、典型的には３ないし５０重量％、好ましくは８ないし２５重量％である。
【００３２】
ナノ濾過供給物として使用される前記出発バイオマス水解物の乾燥物質含有量は、３０重量％以下である。
【００３３】
出発バイオマス水解物のキシロース含有量は、乾燥物質含有量に基づいて５ないし９５重量％、好ましくは１５ないし５５重量％、より好ましくは１５ないし４０重量％、及び特に８ないし２７重量％であり得る。
【００３４】
処理される古液のキシロース含有量は、乾燥物質含有量に基づいて、典型的には１０ないし４０重量％である。硬木スルフィットパルピングから直接得られる古液は、乾燥物質含有量に基づいて、典型的な１０ないし２０％のキシロース含有量を有する。
【００３５】
本発明の方法は、一回又はそれ以上の前処理工程をも含む。ナノ濾過前の前処理は、典型的には、イオン交換、限外濾過、クロマトグラフィー、濃縮、ｐＨ調節、濾過、希釈、結晶化及びそれらの組合せから選択される。従って出発液は、ナノ濾過前に、例えば限外濾過又はクロマトグラフィーによって、好ましくは前処理され得る。更に、固体物質を除去するために、プレ濾過工程が、ナノ濾過の前に行なわれ得る。出発液の前処理は、例えば、蒸発及び中和による濃縮も含む。前処理はまた、結晶化をも含み、そのため、出発液は、例えばキシロースの結晶化から得られる母液でもあり得る。
【００３６】
ナノ濾過は、典型的には、１ないし７、好ましくは３ないし６．５、最も好ましくは５ないし６．５のｐＨで行なわれる。ｐＨは、出発バイオマス水解物の組成及びナノ濾過に使用される膜、及び回収される糖又は成分の安定性に依存している。必要ならば、古液のｐＨを、ナノ濾過前に、例えばＣａ（ＯＨ）２又はＭｇＯのような、好ましくはパルピング工程で使用したのと同じ試薬を用いて所望の値に調整する。
【００３７】
ナノ濾過は、典型的には、１０ないし５０バール、好ましくは１５ないし３５バールの圧力で行なわれる。典型的なナノ濾過温度は、５ないし９５℃、好ましくは３０ないし６０℃である。ナノ濾過は、典型的には、１０ないし１００リットル／ｍ２ｈの流動で行なわれる。
【００３８】
本発明で使用されるナノ濾過膜は、１００ないし２５００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは、１５０ないし１０００ｇ／ｍｏｌ、最も好ましくは１５０ないし５００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズの高分子及び無機膜から選択され得る。
【００３９】
本発明において有用な、典型的な高分子ナノ濾過膜は、例えば、ポリエーテルスルホン膜、スルホン化ポリエーテルスルホン膜、ポリエステル膜、ポリスルホン膜、芳香族ポリアミド膜、ポリビニルアルコール膜及びポリピペラジン膜及びそれらの組合せを含む。セルロースアセテート膜もまた、本発明のナノ濾過膜として有用である。
【００４０】
典型的な無機膜は、例えば、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３膜を含む。
【００４１】
好ましいナノ濾過膜は、スルホン化ポリスルホン膜、及びポリピペラジン膜から選択される。例えば、特に有用な膜は、デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ  ）ナノ濾過膜（製造者  オスモニクス（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ））及びＮＦ−２００ナノ濾過膜（製造者  ダウ  ドイツ（Ｄｏｗ  Ｄｅｕｔｓｃｈｉａｎｄ））である。
【００４２】
本発明において有用なナノ濾過膜は、陰又は陽電荷を有し得る。膜は、イオン膜であり得り、言い換えれば、それらは、陽イオン又は陰イオンの基を含み得るが、中性膜でも有用である。ナノ濾過膜は、疎水性及び親水性膜から選択され得る。
【００４３】
ナノ濾過膜の典型的な形状は、フラットシート形状である。膜形状は、例えばチューブ、スパイラル膜及び中空繊維からも選択され得る。振動膜及び回転膜のような“高剪断”膜もまた使用され得る。
【００４４】
ナノ濾過工程の前に、ナノ濾過膜は、例えば、アルカリ性洗浄剤又はエタノールで前処理され得る。
【００４５】
典型的なナノ濾過操作において、古液等の処理される液は、上記温度及び圧力条件において、ナノ濾過膜を通して供給される。液は、このようにして、キシロースを含む低モル質量画分（透過物）及び古液の望ましくない成分を含む高モル質量（未透過物）に画分化される。
【００４６】
本発明において有用なナノ濾過装置は、未透過物及び透過物区画に供給物を分離する少なくとも一つのナノ濾過膜元素を含む。ナノ濾過装置は、典型的には、ポンプ及びバルブ及び流量及び圧力計のような圧力及び流量を調節する機器をも含む。装置はまた、並列又は直列に配置された、ナノ濾過膜要素のいくつかの異なる組み合わせを含む。
【００４７】
透過物の流動は、圧力に従って変化する。一般的に、標準操作範囲において、圧力が高ければ高いほど、流動も高くなる。流動はまた、温度によっても変化する。操作温度の増加は、流動を増加させる。しかしながら、より高い温度及びより高い圧力の使用は、膜破断を増加させる傾向がある。より高い温度及び圧力及びより高いｐＨ範囲は、高分子膜よりも無機膜において使用でき得る。
【００４８】
本発明に従ったナノ濾過は、バッチ式又は連続式で行なわれ得る。ナノ濾過工程は、一回又は数回繰返され得る。透過物及び／又は未透過物が供給容器へ戻る再循環もまた行われ得る（総再循環式濾過）。
【００４９】
ナノ濾過後、キシロースは、例えば結晶化によって、透過物から回収され得る。ナノ濾過した溶液は、更なる精製及び分離工程なしで、このような結晶化に使用され得る。所望により、ナノ濾過したキシロース含有液は、例えばクロマトグラフィー、イオン交換、例えば蒸発もしくは逆浸透による濃縮、又は脱色による更なる精製を受けさせられ得る。キシロースはまた、キシリトールを得るために、例えば、触媒水素添加による還元も受けさせられ得る。
【００５０】
前記方法は又、リグノスルホネート、オリゴ糖、ヘキソース及び二価の塩に富んだ溶液を、未透過物として回収する更なる工程を含む。
【００５１】
本発明に従って、キシロースに富み、そして透過物として回収された溶液は、アラビノースのような他のペントース糖をも含む。未透過物として回収された前記ヘキソースは、グルコース、ガラクトース、ラムノース及びマンノースの一種又はそれ以上を含み得る。
【００５２】
本発明はまた、古液等のバイオマス水解物の乾燥物質含有量を調節することによる、透過物のキシロース含有量の調節方法を与える。
【００５３】
更に、本発明は、このようにして得られたキシロース溶液の、キシリトールの調製のための使用に関する。キシリトールは、得られたキシロース生成物を、例えば、触媒水素添加によって還元することにより得られる。
【００５４】
本発明の好ましい態様は、以下の実施例によってより詳細に記載され得るが、しかしそれは、本発明の範囲を制限するようには構成されていない。
【００５５】
実施例中及び明細書及び請求項を通して、以下の定義が使用されている。：
ＤＳは、カールフィッシャー（Ｋａｒｌ  Ｆｉｓｃｈｅｒ）滴定によって測定される乾燥物質含有量を示し、重量％で表される。
ＲＤＳは、乾燥物質含有屈折率を示し、重量％で表される。
流動は、膜表面１平方メートル当りで計算される、１時間の間にナノ濾過膜を通して透過する溶液の量（リットル）Ｌ／（ｍ２ｈ）を示す。
ファウリングは、ナノ濾過前及び後に測定された純水の流動値のパーセンテージ差を示す。
ファウリング（％）＝［（ＰＷＦｂ−ＰＷＦａ）／ＰＷＦｂ］×１００
（式中、ＰＷＦｂは、キシロース溶液のナノ濾過前の純水の流動を表し、ＰＷＦａは、同じ圧力下におけるキシロース溶液のナノ濾過後の純水の流動を表す。）
未透過率は、測定した化合物の膜に残った割合を示す。未透過値が高ければ高いほど、膜を通って移動する化合物の量も少なくなる。
未透過率（％）＝［（供給物−透過物）／供給物］×１００
（式中、“供給物”は、供給溶液中の化合物の濃度を示し（例えば、ｇ／Ｌを表す。）、“透過物”は、透過溶液中の化合物の濃度を示す（例えば、ｇ／Ｌを表す。））。
（炭水化物の決定のための）ＨＰＬＣは、液体クロマトグラフィーを示す。炭水化物（単糖類）は、Ｐｂ２＋形態イオン交換カラム及びＲＩ（屈折率）検出器を備えたＨＰＬＣを使用して測定し、二糖類の場合は、Ｎａ＋形態イオン交換カラムを備えたＨＰＬＣを使用して測定し、キシロン酸の場合には、陰イオン交換カラム及びＰＥＤ検出器を備えたＨＰＬＣを使用して測定した。
（決定された場合）色は、ｐＨ５において、適合したＩＣＵＭＳＡ法によって測定された。
以下の膜が実施例中で使用された。：
デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）（ポリエステル層、ポリスルホン層及び２つの市販品の層から成る４層の膜で、１５０ないし３００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズを有し、５．４Ｌ／（ｍ２ｈバール）の透過性（２５℃）及び９８％（２ｇ／Ｌ）のＭｇＳＯ４未透過率、製造業者  オスモニクス（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ））、
デザル−５ＤＬ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＬ）（ポリエステル層、ポリスルホン層及び２つの市販品の層から成る４層の膜で、１５０ないし３００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズを有し、７．６Ｌ／（ｍ２ｈバール）の透過性（２５℃）、９６％（２ｇ／Ｌ）のＭｇＳＯ４未透過率、製造業者  オスモニクス（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ））、
ＮＴＲ−７４５０（５００ないし１０００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズのスルホン化ポリエーテルスルホン膜で、９．４Ｌ／（ｍ２ｈバール）の透過性（２５℃）、５１％（５ｇ／Ｌ）のＮａＣｌ未透過率、製造業者  ニットー  デンコー（Ｎｉｔｔｏ  Ｄｅｎｋｏ））及び、
ＮＦ−２００（２００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズのポリピペラジン膜で、７ないし８Ｌ／（ｍ２ｈバール）の透過性（２５℃）、７０％のＮａＣｌ未透過率、製造者  ダウ  ドイツ（Ｄｏｗ  Ｄｅｕｔｓｃｈｉａｎｄ））。
【００５６】
実施例Ｉ．
様々なｐＨにおいて、様々な膜を用いた古スルフィットパルピング液のナノ濾過
この実施例では、ナノ濾過の実施における膜及びｐＨの効果を説明する（濾過Ｃ１、Ｃ３、Ｃ６及びＣ８）。処理される液は、ブナ材パルピングから得られたＭｇ塩基スルフィット古パルピング液の結晶化流出希釈液であり、そしてそれはＭｇ２＋形態のイオン交換樹脂を使用したクロマトグラフィーによって精製された。溶液のｐＨは、所望の値（表１参照）に、ＭｇＯを用いて調整された。ナノ濾過前に、液は、希釈（濾過Ｃ１及びＣ３。）によって、濾紙を通した濾過（濾過Ｃ６）によって、又は濾紙を通した濾過（濾過Ｃ７及びＣ８）とＭｇＯ混合を組合せて前処理された。
【００５７】
バッチ式ナノ濾過は、０．００４６ｍ２の膜面積を有する長方形のクロスフローフラットシートモジュールからなる実験室用ナノ濾過装置を使用して行われた。透過物及び未透過物の両方が、供給容器へ戻る再循環を行われた（総再循環式濾過）。供給量は、２０リットルであった。濾過の間中、クロスフロー流速は６ｍ／秒であり、かつ圧力は１８バールであった。温度は、４０℃に保続した。
【００５８】
表１は、総再循環式濾過の結果を示す。表１の流動値は、濾過の３時間後に測定された。表１は、供給物中の乾燥物質含有量（ＤＳ）（％）、（乾燥物質含有量に基づいた）供給物中及び透過物中のキシロース含有量、１８バールの圧力における透過流動及びファウリングによって引き起こされる流動の減少を示している。膜は、デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）及びＮＴＲ−７４５０が使用された。
【表１】
2004517118.tif 000002
【００５９】
表１の結果は、ナノ濾過が、供給物の１．５ないし２．５倍のキシロース濃度を与えることを示している。供給物のｐＨが高い場合、透過物中のＲＤＳ中のキシロース含有量は高い。透過物中のＲＤＳ中のキシロース含有量は、例えばｐＨが５．９ないし６．１で有る場合に高い。更に、流動は、より高いｐＨ値において２倍に改善された。高いｐＨにおいてデザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）膜は、最良の結果を与えた。
【００６０】
実施例ＩＩ
様々な温度においてのナノ濾過
温度の効果を、実施例１で用いたのと同様の装置及び同様の古液溶液を使用して研究した。ナノ濾過間の温度は、２５℃から５５℃まで上げた。膜は、デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）を使用し、そしてナノ濾過条件は以下の通りである：ｐＨ３．４、圧力１６バール、クロスフロー流速６ｍ／秒、ＤＳ７．８％。実験の間中、供給濃度及び圧力は一定に保ち続けた。
【００６１】
表ＩＩは、乾燥物質含有量に基づいた、供給物中及び透過物中のキシロース含有量を示す（透過値は、二つの膜の平均値である。）。
【表２】
2004517118.tif 000003
【００６２】
表２の結果は、温度が高ければ高いほど、より高い濃度のキシロースが得られ得ることを示している。
【００６３】
実施例ＩＩＩ
（Ａ）限外濾過を用いた前処理
濃度式限外濾過ＤＵ１及びＤＵ２を、ＲＥ濾過装置（回転−強化濾過装置）を使用して行った。この濾過装置において、濾過の間中、ブレードは、濃度分極を最小化するために膜表面の近くで回転する。濾過装置は、手作りの直交回転式濾過装置である。回転速度は、７００ｒｐｍである。濾過ＤＵ１において、膜は、Ｃ５Ｆ  ＵＦ（５０００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズの再生セルロース膜、製造業者  ヘキスト／セルガード（Ｈｏｅｃｈｓｔ／Ｃｅｌｇａｒｄ））を使用した。濾過ＤＵ２において、膜は、デザル−Ｇ１０（Ｄｅｓａｌ−Ｇ１０）（２５００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズの薄いフィルム膜、製造者  オスモニクス／デザル（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ／Ｄｅｓａｌ））を使用した。
【００６４】
濃度式濾過は、ブナ材パルピングから得られたＭｇ塩基スルフィット古パルピング液を使用して行なった。濾過は、温度３５℃、及びｐＨ３．６において行なった。結果を表ＩＩＩａに示す。
【表３】
2004517118.tif 000004
【００６５】
（Ｂ）ナノ濾過
透過物が回収される１日実験室スケールの実験を実施例１と同様の装置を用いて行なった（濾過ＤＮ１及びＤＮ２）。処理される液は、ブナ材パルピングから得られたＭｇ塩基スルフィット古パルピング液である。
【００６６】
濾過ＤＮ１において、限外濾過された古液（Ｃ５Ｆ膜を用いたＤＵ１）が供給溶液として使用された。溶液のｐＨは、ＭｇＯを用いて、４．５まで調整され、そしてその液は、ナノ濾過の前に濾紙を通してプレ濾過された。ナノ濾過は、圧力１９バール及び温度４０℃において行なわれた。
【００６７】
濾過ＤＮ２は、希釈した原古液を使用して行なった。そのｐＨは、４．８に調整され、かつその溶液は、ナノ濾過の前に濾紙を通してプレ濾過された。ナノ濾過は、圧力１７バール及び温度４０℃において行なわれた。約２０時間の濾過の後、５リットルの透過物量及び２０リットルの濃縮物量が得られた。
【００６８】
濾過ＤＮ１及びＤＮ２の両方が、クロスフロー流速６ｍ／秒において行なわれた。ファウリングは、両方の濾過において約１％であった。両方の濾過において、ナノ濾過膜は、デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）を使用した。
【００６９】
濾過ＤＮ１及びＤＮ２の各々において、ナノ濾過膜は、３つの異なる方法において前処理された：（１）前処理なし、（２）エタノールで膜を洗浄、及び（３）アルカリ性洗浄剤で膜を洗浄。
結果を表ＩＩＩｂに示す：
【表４】
2004517118.tif 000005
【００７０】
表ＩＩＩｂの結果は、前処理工程として限外濾過が使用された場合、ナノ濾過から得られる透過物の乾燥固体中のキシロースの割合が、多少変化することを示している。一方、エタノール又はアルカリ性洗浄剤を用いた膜の洗浄は、キシロース含有量を、非常に増加させる。
【００７１】
実施例ＩＶ
様々な圧力におけるナノ濾過
実験ＤＳ１は、ＤＳＳラブスタックＭ２０濾過装置（登録商標：Ｌａｂｓｔａｋ）を用い、総再循環式濾過で操作して行なわれた（製造業者  デンマーク  分離  システム  ＡＳ（Ｄａｎｉｓｈ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＡＳ）、デンマーク）。処理される液は、実施例ＩＩＩと同様のものである。温度は３５℃であり、かつ流速は４．６Ｌ／分であった。膜は、デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）を使用した。実験前に、古液のｐＨを４．５に調整し、かつその液を、濾紙を通してプレ濾過した。結果を表ＩＶａに示す。
【表５】
2004517118.tif 000006
【００７２】
追加実験（濾過ＤＶ１及びＤＶ２）を、高剪断速度濾過装置である、Ｖ・ＳＥＰ濾過装置（製造業者  ニュー  ロジック（Ｎｅｗ  Ｌｏｇｉｃ））を使用して行なった。その効率は、膜表面上の高剪断力が引き起こす振動運動に基づく。濾過ＤＶ１において、濾過の間中、容器へ新しい濃縮供給物を添加することによって供給濃度が増加させられる。同時に、圧力も増加させられる。表Ｖは、二つの供給乾燥固体濃縮度における、供給物中及び透過物中の乾燥固体含有量に基づくキシロース含有量を示す。
【表６】
2004517118.tif 000007
【００７３】
表ＩＶａ及び表ＩＶｂの結果から、ナノ濾過圧力及び供給物の乾燥物質含有量の同時増加は、透過物のキシロース含有量を増加させることが分かる。
【００７４】
実施例Ｖ
様々な値の供給乾燥固体におけるナノ濾過
処理される液は、実施例ＩＩＩの濾過ＤＵ２からの限外濾過された液である（限外濾過は、オスモニクス／デザル（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ／Ｄｅｓａｌ社製のデザル−Ｇ１０（Ｄｅｓａｌ−Ｇ１０）膜を使用して行なわれた。）。ナノ濾過は、圧力３０バール、温度３５℃及びｐＨ５．３において行なわれた。ナノ濾過膜は、デザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）、デザル−５ＤＬ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＬ）及びＮＦ−２００を使用した。
【００７５】
膜挙動における供給乾燥固体含有量の効果を表Ｖに示す。
【表７】
2004517118.tif 000008
【００７６】
比較目的で、（キシロースに加えて）他の炭水化物、オリゴ糖、キシロン酸、金属陽イオン（Ｃａ２＋及びＭｇ２＋）並びにスルフィット及びスルフェートイオンの含有物が、３つの異なる濃度において濃度式限外濾過から得られた試料（ＤＳ４）（供給試料）、及び３つの異なるナノ濾過膜を用いたナノ濾過から得られた対応する透過物（透過物試料）から分析された。
【００７７】
その結果を表Ｖａに示す。表Ｖａにおいて、試料番号Ａ、Ｂ及びＣは、濃度式濾過において、乾燥物質含有量が５．６、１０．３及び１８．５と３つの異なる供給物から得られた試料（デザル５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）膜を用いて限外濾過された液）を示し、試料番号Ｄ、Ｅ及びＦは、デザル５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）膜を用いたナノ濾過から得られる透過物から得られた対応する試料を示し、試料番号Ｇ、Ｈ及びＩは、デザル５ＤＬ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＬ）膜を用いたナノ濾過から得られる透過物から得られた対応する試料を示し、試料番号Ｊ、Ｋ及びＬは、ＮＦ−２００膜を用いたナノ濾過から得られる透過物から得られた対応する試料を示す。
【００７８】
表Ｖａにおいて、炭水化物の含有量は、Ｐｂ２＋形態イオン交換カラム及びＲＩ（屈折率）検出器を備えたＨＰＬＣを使用して測定し、二糖類の場合は、Ｎａ＋形態イオン交換カラムを備えたＨＰＬＣを使用して測定し、キシロン酸含有量の場合には、陰イオン交換カラム及びＰＥＤ検出器を備えたＨＰＬＣを使用して測定した。
【００７９】
更に、表Ｖｂは、炭水化物含有量、及び乾燥物質含有量が１８．５％の供給液（上記試料Ｃ）及び対応する透過物試料（上記試料Ｆ、Ｉ及びＬ）のいくつかの他の分析結果を示す（前処理工程としての限外濾過；ナノ濾過条件３５℃、３０バール、ｐＨ５．３、供給物中のＤＳ１８．５％、ＤＳＳラブスタックＭ２０濾過装置（登録商標：Ｌａｂｓｔａｋ）。）。
【表８】
2004517118.tif 000009
【表９】
2004517118.tif 000010
【００８０】
表Ｖａ及びＶｂは、ナノ濾過が、効果的に、透過物中のキシロース及びアラビノースのようなペントースを濃縮すると同時に、キシロース溶液からの二糖類、キシロン酸、マグネシウム及びスルフェートイオンの本質的な量を除去することを示している。グルコース、ガラクトース、ラムノース及びマンノースのようなヘキソースは、透過物中に濃縮されない。
【００８１】
このように、キシロース溶液の純度は、ナノ濾過によって、効果的に増加させられ得る。更に、ナノ濾過は、二価のイオン９８％を除去することによって、古液を脱イオン化する。
【００８２】
実施例ＶＩ
パイロットスケールにおける古液のナノ濾過
Ｍｇ塩基スルフィット古パルピング液３４０ｋｇを、水で希釈し、ＤＳ１７％を有する溶液１６００Ｌを得た。溶液のｐＨを、ＭｇＯを用いて、ｐＨ２．７からｐＨ５．７に調整した。溶液を、濾過助剤としてアルボセル（登録商標：Ａｒｂｏｃｅｌｌ）４ｋｇを用い、ザイツ社製濾過装置を使用して濾過した。ナノ濾過は、デザル  ５  ＤＫ３８４０モジュールを備えた装置を用い、４５℃において３５バールの流入圧力で行なった。透過物の流動が１０Ｌ／ｍ２／時間以下の値に減少するまで、キシロースを含むナノ濾過透過物を容器中に集収した。集収した透過物（７８０Ｌ）を、ＤＳ６４％を有する１３．５０ｋｇの溶液まで、蒸発器を用いて濃縮した。表ＶＩは、供給物及び透過物の組成を示す。炭水化物、酸及びイオンの含有量は、ＤＳ中の％で表される。
【表１０】
2004517118.tif 000011
【００８３】
実施例ＶＩＩ
前処理としてクロマトグラフィー及び後処理として結晶化を使用したナノ濾過
（Ａ）クロマトグラフィーを用いた前処理
キシロースを分離することを目的として、Ｍｇ２＋塩基蒸煮法からのスルフィット蒸煮液にクロマトグラフィー分離法を受けさせた。
【００８４】
クロマトグラフィー分離に使用される装置は、直列に接続された４つのカラム、供給ポンプ、循環ポンプ、溶離剤水ポンプ、並びに様々な加工ストリームのための流入及び生成物バルブを含む。各々のカラムの高さは、２．９ｍであり、各々のカラムの直径は０．２ｍである。カラムは、Ｍｇ２＋形態の強酸ゲルタイプイオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＳ１３ＧＣ）を用いて充填された。平均ビーズサイズは０．３６ｍｍであり、ジビニルベンゼン含有量は６．５％である。
【００８５】
スルフィット蒸煮液を、珪藻土を使用して濾過し、そして４８重量％の濃度まで希釈した。液のｐＨは３．３であった。スルフィット蒸煮液は、以下の表ＶＩＩａに示したように構成された。
【表１１】
2004517118.tif 000012
【００８６】
クロマトグラフィー分画は、以下に示したような７工程のＳＭＢ順序を使用して行なわれた。供給物及び溶離剤は、７０℃の温度において使用された。溶離剤として水が使用された。
【００８７】
工程１：供給溶液９Ｌを、１２０Ｌ／時間の流速において第一カラムへ供給し、最初に再循環画分４Ｌを、そして次にキシロース画分５Ｌをカラム４から集収した。
工程２：供給溶液２３．５Ｌを、１２０Ｌ／時間の流速において第一カラムへ供給し、そして残留画分を、同じカラムから集収した。同時に、水２０Ｌを、１０２Ｌ／時間の流速において第二カラムへ供給し、そして残留画分をカラム３から集収した。同時に、水１２Ｌもまた、６０Ｌ／時間の流速においてカラム４へ供給し、そしてキシロース画分を同じカラムから集収した。
工程３：供給溶液４Ｌを、１２０Ｌ／時間の流速において第一カラムへ供給し、そして残留画分を、カラム３から集収した。同時に、水５．５Ｌを、１６５Ｌ／時間の流速においてカラム４へ供給し、そして再循環画分を同じカラムから集収した。
工程４：２８Ｌを、１３０Ｌ／時間の流速において、全てのカラムに形成されているカラムセットのループに循環させた。
工程５：水４Ｌを、１３０Ｌ／時間の流速においてカラム３へ供給し、そして残留画分を、第二カラムから集収した。
工程６：水２０．５Ｌを、１３０Ｌ／時間の流速において第一カラムへ供給し、そして残留画分を、カラム２から集収した。同時に、水２４Ｌを、１５２Ｌ／時間の流速においてカラム３へ供給し、そして残留画分をカラム４から集収した。
工程７：２３Ｌを、１３５Ｌ／時間の流速において、全てのカラムに形成されているカラムセットのループに循環させた。
【００８８】
系が平衡に達した後、以下の画分が系から得られた。：全てのカラムから残留画分、カラム４からキシロース含有画分、及びカラム４から２つの再循環画分。合せた画分のＨＰＬＣ分析を含む結果を以下に示す。炭水化物の含有量は、ＤＳ中の％として表す。
【表１２】
2004517118.tif 000013
これらの画分から計算されたキシロースの総収率は、９１．４％であった。
【００８９】
（Ｂ）キシロース画分のナノ濾過
上記クロマトグラフィー分離から得られたキシロース画分３２５ｋｇを水で希釈し、ＤＳ１４％を有する溶液２０００Ｌを得た。溶液のｐＨを、ＭｇＯを用いて、ｐＨ３．７から４．９まで上げ、その溶液を、４５℃まで加熱した。加熱した溶液を、濾過助剤としてアルボセル（登録商標：Ａｒｂｏｃｅｌｌ）４ｋｇを用い、ザイツ社製濾過装置を使用して濾過した。その透明溶液を、デザル  ５  ＤＫ３８４０モジュールを備えた装置を用い、４５℃において３５バールの流入圧力でナノ濾過した。ナノ濾過の間中、透過物を容器中へ集収し、そして透過物の流動が１０Ｌ／ｍ２／時間以下の値に減少するまで、濃縮を続けた。集収した透過物（７５０Ｌ）を、ＤＳ６７％を有する１８．５ｋｇの溶液まで、蒸発器を用いて濃縮した。表ＶＩＩｃは、供給物及び蒸発した透過物の組成を示す。炭水化物、酸及びイオンの含有量は、ＤＳ中の％で表される。
【表１３】
2004517118.tif 000014
【００９０】
（Ｃ）結晶化による後処理
上記で得られたナノ濾過透過物に結晶化を受けさせ、その中に含まれるキシロースを結晶化させた。工程（Ｂ）で得られた透過物１８．５ｋｇ（ＤＳ約１１ｋｇ）を、回転蒸発器（ブッチ社製  回転蒸発器Ｒ−１５３）を用いてＤＳ８２％まで蒸発させた。蒸発の間中、回転蒸発器浴の温度は、７０ないし７５℃であった。蒸発させた質量１２．６ｋｇ（ＤＳ１０．３ｋｇ）を、１０Ｌ冷却結晶器中へ導入した。結晶器のジャケット温度は、６５℃であった。線状冷却プログラムを開始させた：１５時間で６５℃から３５℃で。水っぽい塊のため、その後、冷却プログラムを３４℃から３０℃で２時間続けた。最終温度（３０℃）において、キシロースの結晶を、（ヘティッチ  ロート  サイレンタ  ＩＩ（Ｈｅｔｔｉｃｈ  Ｒｏｔｏ  Ｓｉｌｅｎｔａ  ＩＩ）遠心機；バスケット直径２３ｃｍ；スクリーン開口部０．１５ｍｍを用いて）３５００ｒｐｍにおいて５分間、遠心分離することによって分離させた。水８０ｍＬを噴霧することによって結晶ケークを洗浄した。
【００９１】
高品質の結晶が、遠心分離によって得られた。ケークは、高いＤＳ（１００％）、高いキシロース純度（ＤＳ中に９９．８％）、わずかな着色（６４）を有した。遠心分離収率は、４２％（ＤＳからＤＳ）及び５４％（キシロースからキシロース）であった。
【００９２】
結晶ケークの一部を、オーブン中で、５５℃において２時間乾燥させた。平均結晶サイズが篩分け試験によって決定され、０．４７ｍｍ（ＣＶ％３８）であった。
【００９３】
表ＶＩＩｄは、遠心機中へ導入された結晶質量の重量及び遠心分離後の結晶ケークの重量を示す。表はまた、最終結晶化質量、結晶ケーク並びに流出液画分のＤＳ及びキシロース純度を示す。
【００９４】
比較目的で、表ＶＩＩｅに、グルコース、ガラクトース、ラムノース、アラビノース、マンノース及びオリゴ糖の対応する値も示す。
【表１４】
2004517118.tif 000015
【００９５】
実施例ＶＩＩＩ
キシロースの結晶化から得られた母液のナノ濾過
キシロースの沈殿結晶化から得た母液３００ｋｇを、水で希釈し、ＤＳ１６％を有する溶液２５００Ｌを得た。溶液のｐＨを、ＭｇＯを用いて、ｐＨ４．２まで上げ、その溶液を、４５℃まで加熱した。加熱した溶液を、濾過助剤としてアルボセル（登録商標：Ａｒｂｏｃｅｌｌ）４ｋｇを用い、ザイツ社製濾過装置を使用して濾過した。その透明溶液を、デザル  ５  ＤＫ３８４０モジュールを備えた装置を用い、４５℃において３５バールの流入圧力でナノ濾過した。ナノ濾過の間中、透過物を容器中へ集収し、そして透過物の流動が１０Ｌ／ｍ２／時間以下の値に減少するまで、濃縮を続けた。集収した透過物（６３０Ｌ）を、ＤＳ６０％を有する１９．９ｋｇの溶液まで、蒸発器を用いて濃縮した。表ＶＩＩＩは、供給物及び蒸発した透過物の組成を示す。成分（炭水化物及びイオン）の含有量は、ＤＳ中の％で表される。
【表１５】
2004517118.tif 000016
【００９６】
前記の一般的な記載及び実験例は、本発明を説明することのみを意図したものであり、本発明を限定するものではない。本発明の意図及び範囲内の様々な変更が可能であり、そしてそれは当業者に理解され得る。
【国際公開パンフレット】
2004517118.tif 000017
2004517118.tif 000018
2004517118.tif 000019
2004517118.tif 000020
2004517118.tif 000021
2004517118.tif 000022
2004517118.tif 000023
2004517118.tif 000024
2004517118.tif 000025
2004517118.tif 000026
2004517118.tif 000027
2004517118.tif 000028
2004517118.tif 000029
2004517118.tif 000030
2004517118.tif 000031
2004517118.tif 000032
2004517118.tif 000033
2004517118.tif 000034
2004517118.tif 000035
2004517118.tif 000036
2004517118.tif 000037
2004517118.tif 000038
2004517118.tif 000039
2004517118.tif 000040
2004517118.tif 000041
2004517118.tif 000042
2004517118.tif 000043
2004517118.tif 000044
2004517118.tif 000045
2004517118.tif 000046
2004517118.tif 000047
2004517118.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月5日(2003.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キシラン含有植物材料の水解物からキシロース溶液を生成する方法であって、前記バイオマス水解物にナノ濾過を受けさせ、そしてキシロースに富んだ溶液をナノ濾過透過物として回収することを特徴とする方法。
【請求項２】
リグノスルホネート、オリゴ糖、ヘキソース糖及び二価の塩を含む溶液を未透過物として回収することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
乾燥物質含有量に基づいて、前記出発バイオマス水解物の１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上、最も好ましくは２．５倍以上のキシロース含有量を有する、キシロース溶液をナノ濾過透過物として回収することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
乾燥物質含有量に基づいて、前記出発バイオマス水解物の１．５ないし２．５倍以上のキシロース含有量を有するキシロース溶液を回収することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記出発水解物の乾燥物質含有量が３ないし５０重量％、好ましくは８ないし２５重量％であることを特徴とする前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ナノ濾過供給物として使用された前記出発水解物の乾燥物質含有量が、３０重量％以下であることを特徴とする前記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記水解物が、乾燥物質含有量に基づいて５ないし９５重量％、好ましくは１５ないし５５重量％、より好ましくは１５ないし４０重量％、及び特に８ないし２７重量％のキシロース含有量を有することを特徴とする前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記キシラン含有植物材料の水解物がパルピング加工から得られた古液であることを特徴とする前記請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記パルピング加工から得られた古液が、古スルフィットパルピング液であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記古スルフィットパルピング液が、酸性の古スルフィットパルピング液であることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記古スルフィットパルピング液が、硬木スルフィットパルピングから得られたことを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
前記キシラン含有植物材料の水解物に一回又はそれ以上の前処理工程を受けさせたことを特徴とする前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記前処理工程が、イオン交換、限外濾過、クロマトグラフィー、濃縮、ｐＨ調節、濾過、希釈、結晶化及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記古液がキシロースの結晶化から得られた母液であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノ濾過が、１ないし７、好ましくは３ないし６．５、最も好ましくは５ないし６．５のｐＨで行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナノ濾過が、１０ないし５０バール、好ましくは１５ないし３５バールの圧力で行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノ濾過が、５ないし９５℃、好ましくは３０ないし６０℃の温度で行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノ濾過が、１０ないし１００リットル／ｍ２ｈの流動で行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ナノ濾過が、１００ないし２５００ｇ／ｍｏｌの遮断サイズの高分子及び無機膜から選択されたナノ濾過膜を使用して行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ナノ濾過膜の遮断サイズが、１５０ないし１０００ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノ濾過膜の遮断サイズが、１５０ないし５００ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記ナノ濾過膜が、イオン膜から選択されることを特徴とする請求項１２ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノ濾過膜が、疎水性及び親水性膜から選択されることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノ濾過膜が、セルロースアセテート膜、ポリエーテルスルホン膜、スルホン化ポリエーテルスルホン膜、ポリエステル膜、ポリスルホン膜、芳香族ポリアミド膜、ポリビニルアルコール膜及びポリピペラジン膜及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項１９ないし２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノ濾過膜が、スルホン化ポリエーテルスルホン膜及びポリピペラジン膜から選択されることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノ濾過膜が、ＮＦ−２００及びデザル−５ＤＫ（Ｄｅｓａｌ−５  ＤＫ）膜から選択されることを特徴とする請求項２４又は２５記載の方法。
【請求項２７】
前記ナノ濾過膜の形状が、シート、チューブ、スパイラル膜及び中空繊維から選択されることを特徴とする請求項１９ないし２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノ濾過膜が、高剪断型膜から選択されることを特徴とする請求項１９ないし２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノ濾過膜が、洗浄によって前処理されたことを特徴とする請求項１９ないし２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
洗浄剤が、エタノール及び／又はアルカリ性洗剤から選択されることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記ナノ濾過工程が少なくとも一回は繰返されることを特徴とする前記請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記工程がバッチ式又は連続的に行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記工程がを並列又は直列に配置されたナノ濾過要素を含むナノ濾過装置を使用して行なわれることを特徴とする前記請求項１ないし３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記工程が、一回又はそれ以上の前処理工程をも含むことを特徴とする前記請求項１ないし３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記前処理工程が、イオン交換、限外濾過、クロマトグラフィー、濃縮、ｐＨ調節、濾過、希釈、結晶化及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記工程が、一回又はそれ以上の後処理工程をも含むことを特徴とする前記請求項１ないし３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記後処理工程が、イオン交換、結晶化、クロマトグラフィー、濃縮及び脱色から選択されることを特徴とする請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記工程が、キシロースをキシリトールへ転換するための後処理工程として、還元を含むことを特徴とする請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
キシロースに富み、ナノ濾過透過物として回収された前記溶液が、他のペントース糖をも含むことを特徴とする前記請求項１ないし３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記他のペントース糖が、アラビノースを含むことを特徴とする請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノ濾過未透過物中で、回収された前記ヘキソースが、グルコース、ガラクトース、ラムノース及びマンノースの一種又はそれ以上を含むことを特徴とする請求項２ないし４０のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2004517118.tif 000049
2004517118.tif 000050