(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、セルロースを含むバイオマスが細かい粒状でなくても効率良く加水分解でき、糖の収率も高いセルロースの糖化方法、及びその糖化方法によって得られた糖を提供すること。【解決手段】バイオマスに含まれるセルロースを酵素を使って加水分解し糖化する方法であって、酵素を使って加水分解する前段階で、過酸化水素を使った熱水処理を行い、そこに含まれるリグニンを分解、除去させるセルロースの糖化方法。  過酸化水素水とリン酸アルミニウムで熱水処理するとより効果が促進される。【選択図】  図１
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【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を酵素を使って加水分解し糖化する方法であって、酵素を使って加水分解する前段階で、過酸化水素を使った熱水処理を行い、そこに含まれるリグニンを分解、除去させることを特徴とするセルロースの糖化方法。
【請求項２】
過酸化水素水とリン酸アルミニウムで熱水処理することを特徴とする請求項１記載のセルロースの糖化方法。
【請求項３】
酵素がセルラーゼであることを特徴とする請求項１記載のセルロースの糖化方法。
【請求項４】
過酸化水素水を使った熱水処理に、更にオゾン処理を行ったことを特徴とする請求項１記載のセルロースの糖化方法。
【請求項５】
バイオマスが小片状であることを特徴とする請求項１に記載のセルロースの糖化方法。
【請求項６】
上記請求項１〜４の少なくとも１項記載の糖化方法によって製造された糖。
【請求項７】
糖がグルコース、フルクトース、又はマンノースであることを特徴とする請求項６記載の糖。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は木片に含まれるセルロースの糖化方法に関し、詳しくはバイオマスを過酸化水素水で熱水処理を行うセルロースの糖化方法、及び得られた糖に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材チップ、木片、稲ワラ、籾殻等のいわゆるバイオマスを有効利用する技術が開発されてきている。
これらバイオマスの成分であるセルロースを出発原料として種々の物質を生み出す技術が提供されている。
中でも最近のアルコール発酵技術の需要にともない、バイオマスから特に糖（グルコース、キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖、キシロース等）を製造する技術が求められている。
【０００３】
それら技術のうち、例えばセルロースを糖化する方法としては無水酢酸や濃硫酸を使う方法がある。
しかしこれらの方法では乾燥工程を必要とし、加水分解も激しく行われるため反応系の設備が複雑となる。
さらに設備内では酸による腐食も起きやすく、また硫酸回収にも余分なコストが発生する。
これらの問題を解決する手段として緩和な条件で加水分解を行うことができる酵素学的方法が開発されている。
【０００４】
この方法は酵素（例えばセルラーゼ）を使って加水分解するもので、装置に耐圧性、耐酸性の反応容器を必要としないだけでなく環境汚染も少ない。
このような酵素を使った糖化方法としては例えば特許文献１、特許文献２等がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９５５９４号公報
【特許文献２】特開平８−３０８５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら一般にセルロースにはリグニンが糊着しており、このリグニンがセルロースの加水分解の効率を大きく低下させ、糖化率を極めて低いものにしている。
また、このリグニンの除去方法として我々が発明したオゾン処理によるリグニンの除去方法（特願２００４−３３３４４５）があるが、この方法はバイオマスが細かい粒状でなければ効果を発揮しないという問題がある、
本発明は、このような技術的背景をもとになされたものである。
すなわち、本発明は、セルロースを含むバイオマスが細かい粒状でなくても効率良く加水分解でき、糖の収率も高いセルロースの糖化方法、提供するものである。
またその糖化方法によって得られた糖を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者は上記問題点について鋭意研究を行った結果、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のスムーズな分解、除去が可能になる事を見出した。
【０００８】
すなわち本発明は、（１）、バイオマスに含まれるセルロースを酵素を使って加水分解し糖化する方法であって、酵素を使って加水分解する前段階で、過酸化水素を使った熱水処理を行い、そこに含まれるリグニンを分解、除去させるセルロースの糖化方法に存する。
【０００９】
また本発明は、（２）、過酸化水素水とリン酸アルミニウムで熱水処理する上記（１）記載のセルロースの糖化方法に存する。
【００１０】
また本発明は、（３）、酵素がセルラーゼである上記（１）記載のセルロースの糖化方法に存する。
【００１１】
また本発明は、（４）、過酸化水素水を使った熱水処理に、更にオゾン処理を行った上記（１）記載のセルロースの糖化方法に存する。
【００１２】
また本発明は、（５）、バイオマスが小片状である上記（１）に記載のセルロースの糖化方法に存する。
【００１３】
また本発明は、（６）、上記（１）〜（４）の少なくとも１項記載の糖化方法によって製造された糖に存する。
【００１４】
また本発明は、（７）、糖がグルコース、フルクトース、又はマンノースで上記（６）記載の糖に存する。
【００１５】
なお本発明の目的に沿ったものであれば、上記（１）〜（５）の中から選ばれた２つ以上を組み合わせた構成も当然採用可能である。
【発明の効果】
【００１６】
セルロースを、過酸化水素水を用いて高温で一定時間加熱して予めセルロースからリグニンを分解、溶脱させてから酵素糖化させることで加水分解を効率よく行なわせ、糖の収率を大きく向上させる。
また、過酸化水素を使っての熱水処理は、オゾン処理の場合よりも高い収率で糖を回収することができる。
また、オゾン処理の場合と決定的に異なり、過酸化水素による熱水処理をならばバイオマスが小片状（大きさ約１ｃｍ〜１０ｃｍ）であってもその効果を発揮できる。
それ故、今までの木片などを粒状にする作業に必要だったエネルギーが不必要になりバイオマス、すなわちセルロースから単糖を生成する際のエネルギー効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明はセルロースを、酵素を使って分解し、糖化する過程において最初に過酸化水素を添加した水で熱水処理を施すことで、糊着しているリグニンを分解させることに大きな特徴がある。
以下、図１のフロー図を基にセルロースの糖化方法の糖化工程を説明する。
【００１８】
〔過酸化水素による熱水処理〕
適当な大きさに砕いた木片を、通常、２１０℃〜２７５℃の過酸化水素水で３０秒〜１０分程度加熱する。
木片にこの処理を施すことでセルロースに糊着しているリグニンを分解し、セルロースから溶脱させることができる。
【００１９】
〔オゾン処理〕
オゾン処理を行う場合は、熱水処理済みの液を蒸留水が入っている容器に懸濁させて、オゾンガスを散気管方式により該容器に注入し、１時間〜３時間、処理を行う。
【００２０】
〔セルロースの酵素糖化処理〕
熱水処理済みの溶液を冷却後、セルロースの加水分解酵素であるセルラーゼを適当な量添加し、反応が終了するまで一定時間放置する。
そして該溶液を濾過して糖（溶質分）を得る。
回収された糖は主にグルコースであり、その他にフルクトースとマンノースが回収される。
なお酵素を最も効果的に作用させるという観点から、酵素糖化処理の処理条件は３０℃〜５０℃、ｐＨ３〜４．５、反応時間２４時間以上で糖化させることが好ましい。
【００２１】
〔リン酸アルミニウムによる熱水処理〕
上記の過酸化水素水を用いて熱水処理であっても十分にリグニンを分解し、セルロースから溶脱させること可能であるが、リン酸アルミニウムと過酸化水素水で熱水処理を行うことでより確実にリグニンが分解され収率が大きく向上する。
【００２２】
〔実施例１〕
木片（本実験では杉を使用）を２ｃｍ角程度の小片状にし、それを試料とする。
該試料と過酸化水素水（３１重量％）と水を混ぜ合わせた反応液１２ｍｌ作る（試料：１００ｍｇ、過酸化水素水：０．１ｍｌ）。
該反応液を水熱反応容器（内容積１４ｍｌ、ステンレス製）に入れ２４５℃で６分間の熱水処理を行う。
熱水処理後、加水分解酵素であるセルラーゼ（セルロシンＴ２：ＨＩＢ社商品名）を該熱水処理済み液１２ｍｌに対し３ｍｇの割合で添加し、セルロースの酵素糖化を行った。  なお、酵素糖化処理の処理条件は、温度５０℃、ｐＨ４．５、及び反応時間２４時間とした。
生成された糖の分析には、イオンクロマトグラフ（ＤＩＯＮＥＸ社製）を使用し、その結果、糖としてグルコース、フルクトース、及びマンノースが検出され、それを回収した。
【００２３】
〔実施例２〕
過酸化水素水を０．５ｍｌ、熱水温度を２２５℃、熱水処理時間を１０分としたこと以外は、全て実施例１と同様の手順で行った。
【００２４】
〔比較例１〕
過酸化水素水を０ｍｌ、熱水温度を２６５℃、熱水処理時間を５分としたこと以外は、全て実施例１と同様の手順で行った。
以上、実施例２、比較例１で検出された糖は実施例１と同様に主としてグルコースであり、その他にフルクトース、マンノースが検出された。
また、実施例、比較例の結果を回収したグルコース量を試料１ｇあたりの回収量に換算し、その結果を表１に示した。
【００２５】
実験結果より、熱水処理を行うことで生成されるグルコースの量が大幅に増大することが確認できた。
【００２６】
〔表１〕
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【００２７】
〔比較例２〕
過酸化水素水を０ｍｌ、熱水処理時間を３分、オゾン処理時間を１時間としたこと以外は、全て実施例１と同様の手順で行った。
比較例２で検出された糖は、実施例１と同様に主としてグルコースであり、その他にフルクトース、マンノースが検出された。
そして比較例２におけるグルコースの回収量を試料１ｇあたりの回収量に換算し、その結果を実施例１と比較して表２に示す。
【００２８】
表２の実験結果よりリグニンの分解にはオゾン処理を行うよりも過酸化水素水による熱水処理の方が有効であることが分かった。
【００２９】
〔表２〕
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【００３０】
〔実施例３〕
熱水処理時間を５分間行い、その後オゾン処理を１時間行ったこと以外は、全て実施例１と同様の手順で行った。
実施例３で検出された糖は実施例１と同様に主にはグルコースであり、その他にフルクトース、マンノースが検出された。
そして実施例３におけるグルコースの回収量を試料１ｇあたりの回収量に換算し、その結果を実施例１と比較して表３に示す。
【００３１】
表３の結果より熱水処理とオゾン処理を組み合わせることによって相乗効果を発揮し、より確実にリグニンを分解し効率よく回収できることが分かった
【００３２】
〔表３〕
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【００３３】
〔実施例４〕
過酸化水素水にリン酸アルミニウム１４．５ｍｇを加え、熱水温度を２６５℃、熱水処理時間を２分としたこと以外は、全て実施例１と同様の手順で行った。
実施例４で検出された糖は、実施例１と同様に主にはグルコースであり、その他にフルクトース、マンノースが検出された。
そして実施例４におけるグルコースの回収量を試料１ｇあたりの回収量に換算し、その結果を実施例１と比較して表４に示す。
【００３４】
表４の実験結果により、オゾン処理と過酸化水素水による熱水処理を併用した時の相乗効果よりも過酸化水素水とリン酸アルミニウムを用いて熱水処理を行った時の相乗効果の方がさらに大きな効果を発揮し、より大量のグルコースを回収することができることが分った。
【００３５】
〔表４〕
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【００３６】
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した一実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることはいうまでもない。
例えば熱水処理時間、過酸化水素水の添加量、過酸化水素水濃度等を変化させて実施することは当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、バイオマスの糖化工程を示すフロー図である。
【図１】
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