(57)【要約】【課題】  難分解性のリグノセルロース系植物材料を簡単な操作で、安全に処理して、糖を高い収率で得る糖化方法、及びそのためのリグノセルロース系植物材料の粉砕方法の提供。【解決手段】  リグノセルロース系植物材料を粉砕して粉末化し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造するに当たり、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理及びリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理の少なくとも一方を、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分と、界面活性剤及びマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して行う方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース系植物材料を粉砕処理して粉末化し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造するリグノセルロース系植物材料の糖化方法であって、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理のいずれか一方または両方の処理を、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して行うことを特徴とするリグノセルロース系植物材料の糖化方法。
【請求項２】
リグノセルロース系植物材料の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理のいずれか一方または両方の処理を、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して行う請求項１に記載の糖化方法。
【請求項３】
粉砕前のリグノセルロース系植物材料または粉末化されたリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１０質量部の割合で添加する請求項１または２に記載の糖化方法。
【請求項４】
粉砕前のリグノセルロース系植物材料または粉末化されたリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１質量部の割合で添加する請求項２または３に記載の糖化方法。
【請求項５】
リグノセルロース系植物材料に小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して、リグノセルロース系植物材料を粉砕することを特徴とするリグノセルロース系植物材料の粉砕方法。
【請求項６】
界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して、リグノセルロース系植物材料を粉砕する請求項５に記載の粉砕方法。
【請求項７】
リグノセルロース系植物材料１００質量部に対して、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１０質量部の割合で添加する請求項５または６に記載の粉砕方法。
【請求項８】
リグノセルロース系植物材料１００質量部に対して、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１質量部の割合で添加する請求項６または７に記載の粉砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリグノセルロース系植物材料の糖化方法およびリグノセルロース系植物材料の糖化の前処理法として有用なリグノセルロース系植物材料の粉砕方法に関する。より詳細には、本発明は、リグノセルロース系植物材料を環境負荷、処理に要する熱エネルギーやコストを低減しながら、安全に且つ効率よく処理して、リグノセルロース系植物材料から糖を高率で得ることのできる糖化方法およびそれに有効に使用できるリグノセルロース系植物材料の粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
急激な人口増加、各国における産業発達などの種々の要因により、近年、石油、天然ガス、石炭などの化石資源の消費がますます増加しており、それに伴って化石資源の埋蔵量の減少、排出された炭酸ガスなどによる地球の温暖化や環境汚染などの問題が地球的規模で生じている。
そのような化石資源の減少や地球環境の悪化に対処するために、繰り返して生産が可能な植物を原料に用いてエタノールなどの燃料を製造することが色々行われるようになっており、より実効性の高い技術の開発が強く求められている。
【０００３】
植物を原料として燃料を製造する技術の代表例の１つとして、植物から糖を製造し、それにより得られた糖から燃料などとして有用なエタノールを製造する技術が知られている。その際に、糖を得るための原料植物としては、サトウキビのような糖を高濃度で含む植物やトウモロコシ、サツマイモなどのような糖化の容易な澱粉質を多く含む植物よりなる澱粉系植物材料が従来一般に使用されている。一方、リグニンなどの難分解性成分を含むリグノセルロース系植物材料（木質系植物材料および草本系植物材料）はあまり使用されていない。かかる点から、リグニンなどの難分解性成分を含むリグノセルロース系植物材料を原料とする実効性のある糖化技術の開発が求められている。
【０００４】
リグノセルロース系材料から糖を製造する技術は、一般に（１）リグノセルロース系植物材料に濃硫酸、希硫酸などの酸を加えてセルロースを直接糖にする酸糖化法、（２）リグノセルロース系植物材料に前処理を施してリグニンなどの難分解性成分からなる植物の細胞壁や細胞間層の分解、損傷を生じさせた後に、セルラーゼのような糖化酵素を加えてセルロースを加水分解して糖にする酵素糖化方法の２つに大別される。
【０００５】
上記（２）の酵素糖化方法では、その前処理方法によって、更に、（２ａ）リグノセルロース系植物材料を粉砕、蒸煮（蒸煮爆砕、蒸煮、熱水分解・加圧熱水処理など）、エネルギー線（電子線、γ線、マイクロウエーブ）の照射などの物理的方法で処理して植物の細胞壁に分解、損傷を生じさせる物理的前処理を行う酵素糖化法、（２ｂ）リグノセルロース系植物材料を酸（硫酸、亜硫酸、リン酸）、アルカリ（カセイソーダ、アンモニアなど）などを用いて化学的に分解、損傷を生じさせる化学的前処理を行う酵素糖化法、および（２ｃ）リグノセルロース系植物材料をリグニン分解菌を用いて生物的前処理を行う酵素糖化法に分類される（非特許文献１を参照）。
【０００６】
上記した方法のうち、上記（１）の酸糖化法および上記（２ｂ）の化学的前処理を行う酵素糖化法は、いずれも、リグノセルロース系植物材料の糖化または前処理に当たって、酸、アルカリなどの化学薬品を用いるため、それらの薬品に耐え得る設備を使用する必要があることから設備費が高くなるという問題がある。しかも、糖化または前処理に用いた酸やアルカリの中和処理とそれによって発生する大量の中和廃棄物（例えば硫酸カルシウムなど）の処理、或いは前処理に用いた溶媒の除去を行う必要があるため、手間やコストがかかり、しかも地球環境の汚染の問題がある。
【０００７】
また、上記（２ｃ）のリグニン分解菌を用いて生物的前処理を行う酵素糖化法は、リグニンを分解するための特別の菌を大量に使用する必要があるためコストがかかり、しかも菌によるリグニンの分解には時間がかかるため、リグノセルロース系植物材料の分解−糖化に長期間を要し、効率よく糖化を行うことができないという問題がある。
【０００８】
上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法の場合は、糖化または前処理に酸、アルカリなどの化学薬品を用いないために、安全性に優れ、地球環境の汚染の問題が少なく、また処理に用いた化学薬品の後処理やそれにより生じた廃棄物の処理などの問題がない。しかしながら、上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法のうち、物理的前処理として蒸煮（蒸煮爆砕、蒸煮、熱水分解・加圧熱水処理など）、またはエネルギー線照射を行うものでは、蒸煮のための高温・高圧装置や、電子線、γ線、マイクロウエーブなどのエネルギー線の照射装置などの高価な装置が必要なため、設備費が高くなり、しかも前処理工程の管理を厳密に行う必要がある。
【０００９】
それに対して、上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法のうち、リグノセルロース系植物材料を粉砕により前処理した後に糖化酵素で処理する方法は、前処理に酸、アルカリなどの特別の化学薬品を使用する必要がないばかりでなく、高価で管理を厳密に行う必要のある蒸煮装置（高温・高圧装置）やエネルギー線照射装置を使用する必要がなく、従来汎用の粉砕装置のうちから適当な粉砕装置を選択使用して粉砕するだけで、植物の細胞を形成するリグニンを分解、損傷させて、糖化酵素によるセルロースの加水分解を受け易くできることから、簡便で、地球環境の汚染が少なく、しかも設備費を低くでき、望ましい方法である。
【００１０】
そこで、本発明者らは、上記（２ａ）の物理的前処理を行う酵素糖化法のうち、リグノセルロース系植物材料を粉砕により前処理した後に糖化酵素で処理する方法について検討を行ったところ、この方法を実用価値のあるものにするためには、リグノセルロース系植物材料の糖化率をより高くする必要があることが判明した。
【００１１】
【非特許文献１】「バイオエネルギー技術と応用展開」、２００３年１０月３１日発行、シーエムシー出版発行、ｐ．１６５−１７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、難分解性のリグニンを含有するリグノセルロース系植物材料を粉砕して粉末化し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法において、簡単な操作で、酵素の使用量の低減、酵素による処理時間の短縮および処理温度の低下を図りながら、従来よりも糖をより高い収率で得ることのできる方法を提供することである。
さらに、本発明の目的は、前記した糖化方法に採用したときに、糖の生成率を高めることのできる、リグノセルロース系植物材料の粉砕方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく検討を重ねてきた。その結果、リグノセルロース系植物材料を粉砕して粉末化するに当たって、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して粉砕処理を行うと、リグニンから主として形成されている植物材料の細胞壁の破壊および損傷が促進され、該粉砕処理により得られたリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理したときに、酵素の使用量の低減、酵素による処理時間の短縮および処理温度の低下を図りながら、糖を高い収率で得ることができることを見出した。
また、本発明者らは、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加してリグノセルロース系植物材料を粉砕して粉末化する前記処理の際に、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分と共に、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して粉砕処理を行うと、リグニンから主として形成されている植物材料の細胞壁の破壊および損傷が一層促進され、該粉砕処理により得られたリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理したときに、酵素の使用量の低減、酵素による処理時間の短縮および処理温度の低下を図りながら、糖を一層高い収率で得ることができることを見出した。
【００１４】
さらに、本発明者らは、リグノセルロース系植物材料を粉砕して粉末化し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造するに当たって、リグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理を小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して行うと、酵素の使用量の低減、酵素による処理時間の短縮および処理温度の低下を図りながら、糖を高い収率で得ることができることを見出した。
また、本発明者らは、リグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理を、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分と共に界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して行うと、酵素の使用量の低減、酵素による処理時間の短縮および処理温度の低下を図りながら、糖を一層高い収率で得ることができることを見出した。
【００１５】
更に、本発明者らは、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理および／またはリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理を、粉砕前のリグノセルロース系植物材料またはリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１０質量部の割合で添加して行うとリグノセルロース系植物材料の糖化が良好に行われることを見出した。
また、本発明者らは、前記した小麦フスマおよび／または末粉と共に界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加する場合は、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の添加量を、リグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して０．１〜１質量部にすると、リグノセルロース系植物材料の糖化が良好に行われることを見出し、それらの知見に基づいて本発明を完成した。
【００１６】
すなわち、本発明は、
（１）  リグノセルロース系植物材料を粉砕処理して粉末化し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造するリグノセルロース系植物材料の糖化方法であって、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理のいずれか一方または両方の処理を、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して行うことを特徴とするリグノセルロース系植物材料の糖化方法；および、
（２）  リグノセルロース系植物材料の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理のいずれか一方または両方の処理を、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して行う前記（１）の糖化方法；
である。
【００１７】
そして、本発明は、
（３）  粉砕前のリグノセルロース系植物材料または粉末化されたリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１０質量部の割合で添加する前記（１）または（２）の糖化方法；及び、
（４）  粉砕前のリグノセルロース系植物材料または粉末化されたリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１質量部の割合で添加する前記（２）または（３）の糖化方法；
である。
【００１８】
さらに、本発明は、
（５）  リグノセルロース系植物材料に小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して、リグノセルロース系植物材料を粉砕することを特徴とするリグノセルロース系植物材料の粉砕方法；および、
（６）  界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して、リグノセルロース系植物材料を粉砕する前記（５）の粉砕方法；
である。
そして、本発明は、
（７）  リグノセルロース系植物材料１００質量部に対して、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１０質量部の割合で添加する前記（５）または（６）の粉砕方法；および、
（８）  リグノセルロース系植物材料１００質量部に対して、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を０．１〜１質量部の割合で添加する前記（６）または（７）の粉砕方法；
である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による場合は、リグノセルロース系植物材料を粉砕という機械的方法で前処理した後に糖化酵素で処理して糖化するので、酸、アルカリなどの化学薬品を使用してリグノセルロース系植物材料を前処理した後に糖化酵素で糖化する方法におけるような前処理に用いた化学薬品の中和処理や除去処理、化学薬品の中和処理によって生じた中和廃棄物の処理やそれによる環境汚染の問題がなく、またリグノセルロース系植物材料を蒸煮装置（高温・高圧装置）やエネルギー線照射装置を使用して前処理した後に糖化酵素で処理して糖化する方法におけるような高価な前処理装置の設置や、厳密な工程管理の必要がなく、従来汎用の粉砕装置のうちから適当な粉砕装置を選択使用して粉砕するだけで、植物の細胞を形成するリグニンを円滑に分解（破壊）、損傷させることができる。
そして、当該粉砕処理により得られたリグノセルロース系植物材料粉末を用いて糖化酵素で処理することにより、糖を高い収率で円滑に得ることができる。
【００２０】
更に、本発明による場合は、リグノセルロース系植物材料を粉砕して粉末化し、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造するに当たって、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理の少なくとも一方を、入手の容易な、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して行うことによって、リグニンから主として形成されている植物材料の細胞壁の破壊（分解）および損傷が促進され、該粉砕処理により得られたリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理したときに、酵素の使用量の低減、酵素による処理時間の短縮および処理温度の低下を図りながら、従来よりも糖を高い収率で得ることができる。
本発明において、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理およびリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理の少なくとも一方を、小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分と共に、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を更に添加して行った場合には、従来よりも糖を一層高い収率で得ることができる。
本発明のリグノセルロース系植物材料の粉砕方法による場合は、糖化酵素による糖化処理に有効に使用し得るリグノセルロース系植物材料粉末を簡単な操作で円滑に製造することができる。また、本発明の粉砕方法により得られるリグノセルロース系植物材料粉末は、糖化酵素による糖化処理だけでなく、リグノセルロース系植物材料を原料とするその他の物質の製造などにも有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明で用いるリグノセルロース系植物材料は、リグニンおよびセルロースを主体成分とする植物材料であればいずれでもよい。
本発明で用いるリグノセルロース系植物材料としては、例えば、木質系材料（木の幹、枝、根、木の葉など）、草本系材料（稲、麦、トウモロコシ、サトウキビ、豆類などの作物や雑草の茎や葉、刈草など）を挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
【００２２】
リグノセルロース系植物材料は、粉砕が円滑に行われるようにするために、乾燥状態またはそれに近い状態で用いるのがよく、一般的には水分含量２０質量％以下の状態で粉砕処理に供することが好ましい。また、リグノセルロース系植物材料は、粉砕を容易にするために、予め５ｃｍ以下、更には２ｃｍ以下、特に１ｃｍｍ以下の寸法のチップなどにしておくことが好ましい。
【００２３】
リグノセルロース系植物材料は、通常、植物を構成する細胞壁や細胞間層にリグニンを多量に含み、リグニンを多く含む細胞壁の内側にセルロースの多い層が存在する。植物細胞の細胞壁や細胞間層に多量に含まれるリグニンは難分解性であり、リグノセルロース系植物材料をそのまま糖化酵素で処理しても細胞壁内のセルロースにまで糖化酵素が到達しにくく、糖への分解が行われにくい。
本発明では、リグノセルロース系植物材料を粉砕処理することで、リグニンを多量に含む細胞壁や細胞間層に破壊、分解、損傷などを生じさせて、細胞壁に穴をあけたり、細胞壁内のセルロース層を露出させることにより、次の糖化酵素による糖化処理が行われ易くする。
【００２４】
リグノセルロース系植物材料の粉砕に当たっては、リグノセルロース系植物材料を粉末状に粉砕し得る粉砕方法および粉砕装置のいずれもが採用できるが、剪断応力を伴う粉砕方法および粉砕装置が、リグノセルロース系植物材料の細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などを効果的に行うことができるので好ましく採用される。リグノセルロース系植物材料の粉砕に好適に用いる粉砕装置としては、例えば、ボールミルなどを挙げることができる。
【００２５】
リグノセルロース系植物材料の粉砕は、粉砕によって、平均粒径が５００μｍ以下、更には２００μｍ以下、特に１００μｍ以下の粉末が得られるようにして行うことが好ましい。粉砕後のリグノセルロース系植物材料粉末の平均粒径が大きすぎると、リグノセルロース系植物材料の細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などが不十分で、次の糖化酵素による処理が十分に行われにくくなる。粉砕後のリグノセルロース系植物材料粉末の平均粒径の下限値は特に制限されないが、あまり小さすぎると、粉砕に長い時間や高いコストを要するため、平均粒径が１０μｍ以上であることが好ましい。
本発明の方法によって粉砕処理されたリグノセルロース系植物材料粉末は、糖化酵素による糖化方法に有効に使用することができる。また、粉砕処理により得られるリグノセルロース系植物材料粉末は、糖化酵素による糖化以外にも、リグノセルロース系植物材料を原料に用いて各種化合物や製品を製造する他の用途（例えばメタン、アセトン、エタノールやブタノールなどのアルコール類、乳酸などの有機酸などの製造）にも用いることができる。
【００２６】
本発明は、以下の（Ｉ）〜（XII）などの種々の態様を包含する。
（Ｉ）小麦フスマおよび末粉から選ばれる少なくとも１種の成分（以下これを「小麦フスマ等」と略記することがある）を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
（II）リグノセルロース系植物材料を粉砕した後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
（III）小麦フスマ等の一部を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等の残部を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
【００２７】
（IV）小麦フスマ等と、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
（Ｖ）小麦フスマ等を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して糖化酵素で処理して糖化する方法。
（VI）リグノセルロース系植物材料を粉砕した後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等と、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
（VII）界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行い、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
【００２８】
（VIII）小麦フスマ等の一部を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等の残部と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
（IX）界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の一部を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等と、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の残部を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
（Ｘ）小麦フスマ等の一部と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の一部を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行った後に、それにより得られるリグノセルロース系植物材料粉末に小麦フスマ等の残部と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の残部を添加して糖化酵素で処理して糖を製造する糖化方法。
【００２９】
（XI）小麦フスマ等を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行う方法。
（XII）小麦フスマ等と、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加してリグノセルロース系植物材料の粉砕処理を行う方法。
【００３０】
上記した種々の態様のうちでも、リグノセルロース系植物材料の粉砕処理時に小麦フスマ等を少なくとも添加する上記した（Ｉ）、（III）、（IV）、（Ｖ）、（VII）、（Ｘ）、(XI）および（XII）の方法、そのうちでも（IV）および（Ｖ）の方法が、リグノセルロース系植物材料における難分解性のリグニンなどの破壊、分解、損傷などがより促進されて、粉砕により得られるリグノセルロース系植物材料粉末を糖化酵素で処理したときに糖化率を一層高くすることができ、操作も簡単であることから好ましく採用される。
【００３１】
本発明では、小麦フスマおよび末粉のうちの１種類のみを使用してもよいし、両方を併用してもよい。そのうちでも、小麦フスマを使用することが、コスト、入手容易性などの点から好ましい。
【００３２】
小麦フスマ等の添加量（小麦フスマと末粉の両方を添加する場合はその合計添加量、また粉砕処理と糖化処理の両方の処理工程で小麦フスマ等を添加する場合は両処理工程での合計添加量）は、粉砕前のリグノセルロース系植物材料または粉砕後のリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、０．１〜１０質量部であることが好ましく、１〜８質量部であることがより好ましく、２〜５質量部であることが更に好ましい。
小麦フスマ等の添加量が少なすぎると、糖化率の向上効果が不十分であり、一方多すぎると、多量に添加した小麦フスマ等の糖化に糖化酵素が多く消費されてしまい、リグノセルロース系植物材料の糖化という本来の目的を損ない易くなる。
【００３３】
本発明では、糖化率がより高くなる点から、リグノセルロース系植物材料の粉砕および粉砕により得られるリグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による処理のいずれか一方または両方の処理を、小麦フスマ等と共に、界面活性剤およびマンガン塩のいずれか一方または両方を添加して行うことが好ましく、界面活性剤とマンガン塩の両方を添加して行うことがより好ましい。
【００３４】
その際に使用する界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤および非イオン系界面活性剤のいずれもが使用できる。陰イオン系界面活性剤の例としては、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン塩、スルホコハク酸エステル塩などを挙げることができ、陽イオン系界面活性剤の例としては、高級アミンハロゲン酸塩、ハロゲン化アルキルピリジニミウム、第四級アンモニウム系界面活性剤などを挙げることができ、非イオン系界面活性剤の例としては、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリドなどを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
そのうちでも、非イオン系界面活性剤が、他の界面活性剤と併用しやすく、電解質の影響を受けにくいなどの点から好ましく用いられ、その具体例としては、モノラウリル酸ポリオキシエチレンソルビタンなどのポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルを挙げることができる。
【００３５】
マンガン塩としては、無機酸のマンガン塩および有機酸のマンガン塩のいずれもが使用でき、具体例としては、硫酸マンガン、塩化マンガンなどの無機酸のマンガン塩、酢酸マンガンなどの有機酸のマンガン塩などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を使用することができる。
そのうちでも、本発明では、硫酸マンガンが、価格、保存性などの点から好ましく用いられる。
【００３６】
小麦フスマ等と共に界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加する場合は、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の添加量（２種以上の成分を用いる場合はその合計添加量、また粉砕処理と糖化処理の両処理工程で添加する場合は両処理工程での合計添加量）は、粉砕前のリグノセルロース系植物材料または粉砕後のリグノセルロース系植物材料粉末１００質量部に対して、０．１〜１質量部であることが好ましく、０．１〜０．８質量部であることがより好ましく、０．１〜０．５質量部であることが更に好ましい。
界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の添加量が多すぎると、却って反応を妨げるため好ましくない。
【００３７】
小麦フスマ等と、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を、リグノセルロース系植物材料（粉砕前のリグノセルロース系植物材料および／または粉砕後のリグノセルロース系植物材料）に同時に添加する場合は、小麦フスマ等と、界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分をリグノセルロース系植物材料に別々に添加してもよいし、または前記小麦フスマ等と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を予め混合しておいて、その混合物をリグノセルロース系植物材料に添加してもよい。
【００３８】
本発明では、リグノセルロース系植物材料の粉砕に引き続いてリグノセルロース系植物材料粉砕物の糖化酵素による処理を行ってもよいし、また粉砕によりリグノセルロース系植物材料粉末を予め製造して保存しておき、そのリグノセルロース系植物材料粉末を必要時に必要な量で使用して糖化処理を行ってもよいし、またリグノセルロース系植物材料粉末を別途購入または入手し、それを用いて糖化処理を行ってもよい。
【００３９】
リグノセルロース系植物材料粉末の糖化酵素による糖化処理は、リグノセルロース系植物材料粉末に糖化酵素を作用させて糖を製造する従来既知の糖化方法と同様にして行うことができる。
リグノセルロース系植物材料粉末の糖化処理に用いる糖化酵素としては、リグノセルロース系植物材料の糖化処理で従来から用いられているのと同様の糖化酵素を用いることができ、その代表例としてはセルラーゼ、ヘミセルラーゼなどを挙げることができ、これらの酵素の混合物が好ましく用いられる。
糖化酵素は、既に色々市販されており、具体例としては、例えば、ヤクルト薬品工業社製「オノズカ」、明治製菓社製「メイセラーゼ」などを挙げることができ、市販のものを購入して使用することができる。市販の糖化酵素は、一般にセルラーゼおよびヘミセルラーゼの両方を含んでいるものが多い。
【００４０】
糖化酵素の使用量は、糖化処理時の処理条件、リグノセルロース系植物材料の種類、リグノセルロース系植物材料粉末の粒径、セルロース含量などに応じて異なり得るが、一般的にはリグノセルロース系植物材料粉末１ｇに対して、１０００ユニット以下、更には１０〜５００ユニット、特に１００〜３００ユニットであることが、糖化を円滑に行う点から好ましい。
なお、本明細書におけるセルラーゼの「ユニット」とは、ＦＰＵ（Ｆｉｌｔｅｒ  Ｐａｐｅｒ  Ｕｎｉｔ）のことであり、１ＦＰＵ＝１μｍｏｌ  Ｇｌｕｃｏｓｅ／ｍｉｎで規定される。
【００４１】
糖化処理は、リグノセルロース系植物材料粉末に糖化酵素を作用させて糖を製造する際に従来から採用されている方法および条件に準じて行うことができる。
限定されるものではないが、例えば、小麦フスマ等を含有するリグノセルロース系植物材料粉末、または小麦フスマ等と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を含有するリグノセルロース系植物材料粉末を、糖化酵素が円滑に働くｐＨ（通常ｐＨ４〜５）に調整した水溶液に懸濁させるか、小麦フスマ等を添加したリグノセルロース系植物材料粉末を前記のｐＨに調整した水溶液に懸濁させると共にその懸濁液に界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を添加して懸濁させるか、或いはリグノセルロース系植物材料粉末と小麦フスマ等と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分を個別に前記のｐＨに調整した水溶液に懸濁させ、そこに糖化酵素を前記の割合で添加して、３０〜８０℃の温度で、撹拌下に０．５日〜３日間程度加水分解処理を行うことにより、リグノセルロース系植物材料中に含まれていたセルロースを加水分解させて糖を生成させることができる。
リグノセルロース系植物材料粉末の前記水溶液での懸濁量は、一般に水溶液の質量に基づいて０．１〜２０質量％程度、特に０．５〜１５質量％程度であることが反応の円滑な進行などの点から好ましい。
【００４２】
上記した糖化処理によって糖を含む反応液が生成する。これにより得られる糖を含有する反応液は、そのままで又は未反応の反応残渣（固形残渣）を分離して液状のままでアルコール発酵（エタノールの製造）などの次の反応に用いてもよいし、または反応液から固形分（固形残渣）を濾過などの適当な手段で分離除去して水溶液を分取し、その水溶液を乾燥して糖を回収してもよい。回収された糖は、そのままで用いてもよいし、アルコールや他の化合物などの製造原料としても用いてもよい。
上記で得られた糖を含む反応液を用いてアルコール発酵を行う場合は、従来既知の方法と同様にして行うことができ、何ら制限されない。
また、本発明では、必要に応じて、糖化酵素による糖化処理時にアルコール発酵を同時に行うようにしてもよい。
【００４３】
リグノセルロース系植物材料の粉砕処理時および／またはリグノセルロース系植物材料粉末の糖化処理時に、小麦フスマ等を添加するか、または小麦フスマ等と界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分の添加をすることによって、リグノセルロース系植物材料を糖化酵素で処理したときの糖化率が向上する理由は明確ではないが、以下のように推測される。
すなわち、小麦フスマ等に含まれる何らかの活性成分および／または界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分が、リグノセルロース系植物材料を粉砕する際にリグノセルロース系植物材料中のリグニンなどの難分解性成分に直接作用して、該難分解成分を多く含む細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷、穴空きなどを促進し、また糖化反応時にも小麦フスマ等に含まれる何らかの活性成分および／または界面活性剤およびマンガン塩から選ばれる少なくとも１種の成分が粉砕によって分解、損傷などを受けた細胞壁や細胞間層の破壊、分解、損傷などを更に促進することによって、糖化酵素が細胞壁内に存在するセルロース層に到達し易くなって、糖化率が向上するものと推測される。
【実施例】
【００４４】
以下に実施例などにより本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のものに限定されない。
【００４５】
《実施例１》
（１）  ボールミル（ＦＲＩＴＳＨ社製「Ｐ−５型」）にアルミナ製ボール（径２ｃｍ）１５個を入れ、これに杉チップ（径約１ｃｍ）、小麦フスマ（日清製粉株式会社製）、界面活性剤［関東化学社製「ＴＷＥＥＮ２０」（モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタンよりなる非イオン系界面活性剤）］、硫酸マンガンを下記の表１に示す量（ｇ）で投入し、３００ｒｐｍの条件下で２時間粉砕処理して粉末にした。
（２）  上記（１）で得られた粉末５００ｍｇを、Ｂｒｉｔｔｏｎ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ緩衝液（ｐＨ４．５）５０ｍｌに懸濁し、糖化酵素（ヤクルト薬品工業株式会社製「オノズカ  Ｐ−１５００」）の１８０Ｕ（ユニット）を添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。
（３）  上記（２）の反応後、糖化物を含む液を濾過して分離し、固形残渣を１３５℃で２時間乾燥してその質量（Ａ1）（ｍｇ）を測定した。
（４）  また、杉粉末の糖化率を求めるために、上記（１）で使用したのと同じボールミルにアルミナ製ボール（径２ｃｍ）１５個を入れ、そこに上記（１）で使用したのと同じ小麦フスマ５ｇのみを入れて、上記（１）と同じ条件で２時間粉砕し、これにより得られた小麦フスマ粉末５００ｍｇを、上記（２）で使用したのと同じ緩衝液５０ｍｌに懸濁し、上記（２）で使用したのと同じ糖化酵素の１８０Ｕ（ユニット）を添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。反応後、糖化物を含む液を濾過して分離し、固形残渣を１３５℃で２時間乾燥してその質量を測定した。
（５）  上記の（３）および（４）の結果に基づいて、下記の数式（１）により、杉の糖化率を求めた。
【００４６】
杉の糖化率(質量％)＝１００−｛（Ａ1−Ｂ1）／（Ａ0−Ｂ0）｝×１００    （１）
式中、
Ａ0＝上記（２）の糖化処理に用いた粉末（５００ｍｇ）中の杉の質量（ｍｇ）＝５００ｍｇ×［５ｇ÷｛（粉砕時に用いた杉チップの質量）（５ｇ）＋（小麦フスマの質量）（０ｇ又は０．２５ｇ）＋（界面活性剤と硫酸マンガンの合計質量）（０ｇ、０．０１ｇ、０．０１５ｇ又は０．０２５ｇ）｝］
Ａ1＝上記（３）で得られた糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量（ｍｇ）
Ｂ0＝上記（２）の糖化処理に用いた粉末（５００ｍｇ）中の小麦フスマの質量（ｍｇ）＝５００ｍｇ×［（０ｇ又は０．２５ｇ）÷｛（粉砕時に用いた杉チップの質量）（５ｇ）＋（小麦フスマの質量）（０ｇ又は０．２５ｇ）＋（界面活性剤と硫酸マンガンの合計質量）（０ｇ、０．０１ｇ、０．０１５ｇ又は０．０２５ｇ）｝］
Ｂ1＝上記（３）で得られた糖化処理後の乾燥固形残渣中に含まれる小麦フスマ由来の乾燥固形残渣の質量（ｍｇ）＝｛上記（４）で測定された小麦フスマの糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量（ｍｇ）｝×［（０ｇ又は０．２５ｇ）÷｛（粉砕時に用いた杉チップの質量）（５ｇ）＋（小麦フスマの質量）（０ｇ又は０．２５ｇ）＋（界面活性剤と硫酸マンガンの合計質量）（０ｇ、０．０１ｇ、０．０１５ｇ又は０．０２５ｇ）｝］
【００４７】
【表１】
2007097585.tif 000002
【００４８】
上記の表１の結果にみるように、実験番号２〜５では、小麦フスマを添加するか、または小麦フスマと界面活性剤および／または硫酸マンガンを添加して杉チップの粉砕を行い、それにより得られた粉末を用いて糖化酵素により糖化処理したことにより、杉（リグノセルロース系植物材料）の糖化率がそれぞれ３５．６重量％、４０．８重量％、４５．６重量％および４９．８質量％と高い値であった。
それに対して、実験番号１では、小麦フスマ、界面活性剤および硫酸マンガンのいずれをも添加しないで杉チップを粉砕し、それによって得られた粉末を用いてそのまま糖化酵素により糖化処理を行ったことにより、糖化率が２６．５質量％と低い値であった。
【００４９】
《実施例２》
（１）  ボールミル（ＦＲＩＴＳＨ社製「Ｐ−５型」）にアルミナ製ボール（径２ｃｍ）１５個を入れ、これに杉チップ（径約１ｃｍ）５ｇを投入して、３００ｒｐｍの条件下で２時間粉砕処理して粉末にした。
（２）  上記（１）で得られた粉末に、小麦フスマ（日清製粉株式会社製）および界面活性剤［関東化学社製「ＴＷＥＥＮ２０」（モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタンよりなる非イオン系界面活性剤）］を下記の表２に示す量で混合して混合物を調製し、それにより得られた混合物５００ｍｇを、Ｂｒｉｔｔｏｎ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ緩衝液（ｐＨ４．５）５０ｍｌに懸濁し、糖化酵素（セルラーゼ、ヤクルト薬品工業株式会社製「オノズカ  Ｐ−１５００」）の１８０Ｕを添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。
（３）  上記（２）の反応後、糖化物を含む液を濾過して分離し、固形残渣を１３５℃で２時間乾燥してその質量（Ｃ1）（ｍｇ）を測定した。
（４）  また、杉の糖化率を求めるために、上記（２）で使用したのと同じ小麦フスマ粉末５００ｍｇを、上記（２）で使用したのと同じ緩衝液５０ｍｌに懸濁し、上記（２）で使用したのと同じ糖化酵素の１８０Ｕを添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。反応後、糖化物を含む液を濾過して分離し、固形残渣を１３５℃で２時間乾燥してその質量を測定した。
（５）  上記の（３）および（４）の結果に基づいて、下記の数式（２）により、杉の糖化率を求めた。
【００５０】
杉の糖化率(質量％)＝１００−｛（Ｃ1−Ｄ）／Ｃ0｝×１００    （２）
式中、
Ｃ0＝上記（２）の糖化処理に用いた杉粉末の質量（５００ｍｇ）
Ｃ1＝上記（３）で得られた糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量（ｍｇ）
Ｄ ＝上記（３）で得られた糖化処理後の乾燥固形残渣中に含まれる小麦フスマ由来の乾燥固形残渣の質量（ｍｇ）＝｛上記（４）で測定された小麦フスマの糖化処理後の固形残渣の乾燥後の質量（ｍｇ）｝×［（０ｇ又は０．２５ｇ）÷｛糖化処理時に用いた杉粉末の質量（５ｇ）＋小麦フスマの質量（０ｇ又は０．２５ｇ）＋界面活性剤の質量（０ｇ又は０．０１５ｇ）｝］
【００５１】
【表２】
2007097585.tif 000003
【００５２】
上記の表２の結果にみるように、実験番号６では、杉チップを粉砕して得た杉粉末を糖化酵素で糖化する際に、小麦フスマを添加して糖化処理を行ったことにより杉の糖化率が３０．３質量％であって、小麦フスマおよび界面活性剤を添加しないで杉粉末を糖化酵素により糖化処理した実験番号１（糖化率２６．５質量％）に比べて糖化率が約４質量％高くなっている。
また、実験番号７では、杉チップを粉砕して得た杉粉末を糖化酵素で糖化する際に、小麦フスマと界面活性剤を添加して糖化処理を行ったことにより、杉の糖化率が４０．７質量％であって、小麦フスマおよび界面活性剤を添加しないで杉粉末を糖化酵素により糖化処理した実験番号１（糖化率２６．５質量％）に比べて、糖化率が約１４質量％も高くなっている。
【００５３】
《実施例３》
（１）  ボールミル（ＦＲＩＴＳＨ社製「Ｐ−５型」）にアルミナ製ボール（径２ｃｍ）１５個を入れ、これに杉チップ（径約１ｃｍ）および小麦フスマ（日清製粉株式会社製）を下記の表３に示す量で投入し、３００ｒｐｍの条件下で２時間粉砕処理して粉末にした。
（２）  上記（１）で得られた粉末の質量に対して界面活性剤［関東化学社製「ＴＷＥＥＮ２０」（モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタンよりなる非イオン系界面活性剤）］を下記の表３に示すように０．３質量％（外割り）で混合し、それにより得られた混合物５００ｍｇをＢｒｉｔｔｏｎ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ緩衝液（ｐＨ４．５）５０ｍｌに懸濁し、糖化酵素（セルラーゼ、ヤクルト薬品工業株式会社製「オノズカ  Ｐ−１５００」）の１８０Ｕを添加した後、４０℃で４５時間振とうして酵素反応を行った。
（３）  上記（２）の反応後、糖化物を含む液を濾過して分離し、固形残渣を１３５℃で２時間乾燥してその質量（Ａ1）（ｍｇ）を測定し、上記の数式（１）によって杉の糖化率を求めたところ、下記の表３に示すとおりであった。
【００５４】
【表３】
2007097585.tif 000004
【００５５】
上記の表３の結果にみるように、実験番号８では、小麦フスマを添加して杉チップの粉砕を行い、それにより得られた粉末に更に界面活性剤を添加して糖化酵素により糖化処理したことにより、杉の糖化率が４８．９質量％と高く、小麦フスマおよび界面活性剤を添加しないで杉チップを粉砕して得られた粉末を用いてそのまま糖化酵素により糖化処理を行った実験番号１（糖化率２６．５質量％）に比べて、糖化率が２２質量％以上も高くなっている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の方法による場合は、酸、アルカリなどの化学薬品や、設備コストの高い蒸煮装置（高温・高圧装置）やエネルギー線照射装置を使用することなく、リグノセルロース系植物材料を従来汎用の粉砕装置を使用して簡単に且つ円滑に粉砕し、それにより得られたリグノセルロース系植物材料粉末を用いて糖化酵素で処理することにより、糖を高収率で得ることができるので、リグノセルロース系植物材料からの糖の製造技術として、またリグノセルロース系植物材料の粉砕技術として実用性が高く有用である。