(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よく加水分解でき、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ヘミ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、過酸化水素水を使った熱水処理を行って、そこに含まれるリグニンを分解、除去させるヘミセルロースの糖化方法。  ヘミセルロースを加水分解し、糖を得るための酵素としてヘミセルラーゼを使用する。【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ヘミ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、過酸化水素水を使った熱水処理を行って、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ヘミセルロースの糖化方法。
【請求項２】
ヘミセルロースを加水分解し、糖を得るための酵素としてヘミセルラーゼを使用することを特徴とする請求項１記載のヘミセルロースの糖化方法。
【請求項３】
上記バイオマスが小片状であることを特徴とする請求項１に記載のヘミセルロースの糖化方法。
【請求項４】
上記請求項１〜３のうち少なくとも１項記載の糖化方法によって製造された糖。
【請求項５】
製造された糖がアラビノース、ガラクトース、マンノース、キシロース、キシロオリゴ糖、グルコースであることを特徴とする請求項４記載の糖。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小片状の木片の酵素処理による糖化方法及びそれによって得られた糖に関し、更に詳しくは木片に含まれるヘミセルロースを酵素を使って処理する前段階として過酸化水素水により熱水処理を行うヘミセルロースの糖化方法に関し、またその糖化方法によって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いる。
これらバイオマスの成分であるヘミセルロースは廃材の中に存在するため非常に安価でもある。
このヘミ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求められている。
中でも最近のアルコール発酵技術の需要にともない、バイオマスから糖（キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖、キシロースなど）を製造する技術の開発がされている。
【０００３】
それら技術のうちに、例えばヘミ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。
しかし上記の方法では乾燥工程を必要とし、またヘミセルロースの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（例えばヘミセルラーゼ）を使って加水分解するもので、この方法を用いると装置に耐圧性、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ヘミセルロースにはリグニンが糊着していて、このリグニンの存在が糖化の大きな障害となっている。
このリグニンのためにヘミセルロースの加水分解効率が大きく低下し、糖化率を極めて低いものとしている。
そこで、リグニンを分解し除去する発明を以前我々はオゾン処理を行うことで達成した（特願２００４−３３３４４５）。
しかし、この発明はバイオマスがよく粉砕された粒状である場合は非常に有効であるが、ある程度の大きさ（大きさ１ｃｍ〜１０ｃｍ程度）の小片状の木材に対してはその効果が有効に発揮されない。
また、酵素糖化に用いる酵素は非常に高価であるので酵素の使用は製造コストを増大させてしまう。
【０００７】
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よく加水分解でき、糖の収率も高いセルロースの糖化方法を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】
【０００８】
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、酵素による糖化処理の障害となるリグニンのスムーズな分解、除去が可能になることを見出した。
【０００９】
すなわち本発明は、（１）、バイオマスに含まれるヘミ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、過酸化水素水を使った熱水処理を行って、そこに含まれるリグニンを分解、除去させるヘミセルロースの糖化方法に存する。
【００１０】
また本発明は、（２）、ヘミセルロースを加水分解し、糖を得るための酵素としてヘミセルラーゼを使用する上記（１）記載のヘミセルロースの糖化方法に存する。
【００１１】
また本発明は、（３）、上記バイオマスが小片状である（１）記載のヘミセルロースの糖化方法に存する。
【００１２】
また本発明は、（４）、上記（１）〜（３）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。
【００１３】
また本発明は、（５）、製造された糖がアラビノース、ガラクトース、マンノース、キシロース、キシロオリゴ糖、グルコースである（４）記載の糖に存する。
【００１４】
なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記の発明を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
ヘミセルロースを酵素糖化の前に予め過酸化水素水で熱水処理しておくことで、ヘミセルロースに糊着していたリグニンが分解、除去された状態で加水分解されるため非常に効率よく単糖（アラビノース、ガラクトース、マンノース等）を回収することができるようになる。
また、同じリグニン分解効果のあるオゾン処理と異なり細かい粒状のバイオマスでなく、小片状のバイオマスであっても十分なリグニン分解効果を発揮できる。
これはバイオマスを小片状から粒状に粉砕するエネルギーが不要となるので単糖生成におけるエネルギー効率の改善に非常に効果的である。
【００１６】
また、過酸化水素水で熱水処理を行うと酵素を用いなくとも同程度の単糖を回収することができる。
酵素は一般的に高価であるのでこのことは単糖製造コストの削減に非常に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明はヘミセルロースを、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水で熱水処理を施すことで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のフロー図に従って糖化工程を説明する。
【００１８】
〔過酸化水素水による熱水処理〕
バイオマス内に存在しているヘミセルロースにはリグニンが糊着している。
この状態ではヘミセルロースを可溶化し、酵素糖化を行おうとしても単糖の収率が悪い。
そのため過酸化水素水を用いて高温で一定時間バイオマスを加熱する熱水処理を行うことでリグニンが分解され、ヘミセルロースからリグニンが容易に溶脱される。
このときリグニンは没食子酸、シュウ酸、酢酸、ギ酸等の有機酸になり水に溶解する。
なお熱水処理の際にバイオマスを粒状にまで細かくする必要は無くある程度の大きさ（長さ1ｃｍ〜１０ｃｍ）を持った小片状であっても十分にリグニンを溶脱する効果を発揮する。
熱水処理を行う場合は通常、温度は１４０℃〜１６０℃、処理時間は２時間〜４時間で行うことが好ましい。
【００１９】
上記熱水処理を行うことで、本来では水に溶けないヘミセルロースを可溶化することができる。
すなわち我々の以前の発明（特願２００４−３３３４４５）ではリグニンをオゾン処理で可溶化させた後、ヘミセルロースを可溶化させる、という二つの工程があったが、これらが一つにまとまり作業効率、エネルギー効率の両面で有効となった。
【００２０】
〔オゾン処理〕
オゾン処理を行う場合は熱水処理後の溶液を蒸留水で満たした容器に懸濁させて、オゾンガスを散気管方式により該容器に注入し１〜３時間処理を行う。
【００２１】
〔ヘミセルロースの酵素糖化〕
熱水処理（又は熱水処理とオゾン処理）済みの溶液に適量の酵素を添加し、十分加水分解させるためにある適当な温度の下で一定時間放置し、溶液を濾過してキシロオリゴ糖及び/又はキシロースを得る。
ここでヘミセルロースを加水分解する酵素としては、キシラナーゼ、ヘミセルラーゼ、セルラーゼ等を適宣、単数又は複数選択して採用する。
酵素による加水分解させる際の条件は酵素を最も活性化させるという観点から４０℃〜６０℃、ｐＨ３〜４、２４時間以上反応させることが好ましい。
【００２２】
以下、本発明を実施例を挙げて説明するが本発明は実施例に限らず種々の変形例が可能である。
【００２３】
〔実施例１〕
まず試料として木片（本実験では杉を使用）を２ｃｍ角程度の小片状にしたものを使用する。
次に試料２．５ｇ、過酸化水素水（３１重量％）２ｍｌと水を合わせて４０ｍｌの試験溶液作り、これを水熱反応容器（内容積５０ｍｌ、ハステロイ製）に入れ１５０℃、４時間で熱水処理を行う。
上記熱水処理済みの溶液を濾過し、ろ液に加水分解酵素としてヘミセルラーゼ（セルロシンＨ１００：ＨＢＩ社商品名）をろ液５ｍｌに対して３ｍｇの割合で添加して酵素糖化を行う。
酵素糖化条件はｐＨ４、温度５０℃、反応時間２４時間とした。
単糖の分析はイオンクロマトグラフ（ＤＩＯＮＥＸ社製）で行った。
実験の結果ヘミセルロース由来の単糖（アラビノース、ガラクトース、マンノース、キシロース、キシロオリゴ糖）及びグルコースが検出された。
【００２４】
〔実施例２〕
酵素糖化しないこと以外は全て実施例１と同様の手順で行った。
【００２５】
〔実施例３〕
熱水処理後にオゾン処理を２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。
【００２６】
〔実施例４〕
酵素糖化しないこと以外は全て実施例３と同様の手順で行った。
【００２７】
〔比較例１〕
熱水処理を行わず、試料２．５ｇを蒸留水で満たした容器に懸濁させて、オゾンガスを散気管方式によりオゾン処理したこと以外は全て実施例１と同様の手順で行った。
【００２８】
〔比較例２〕
酵素糖化しないこと以外は全て比較例１と同様の手順で行った。
【００２９】
〔比較例３〕
オゾン処理をしないこと以外は全て比較例１と同様の手順で行った。
【００３０】
〔比較例４〕
酵素糖化しないこと以外は全て比較例３と同様の手順で行った。
以上実施例１〜４、比較例１〜４の結果回収されたグルコース以外の単糖（アラビノース、ガラクトース、マンノース、キシロース、キシロオリゴ糖）の量を試料１ｇあたりの回収量に換算して表１に示す。
【００３１】
表１より過酸化水素水による熱水処理はオゾン処理よりもリグニンを分解する効果が高くグルコースを大量に回収することができた。
さらに過酸化水素による熱水処理を行い酵素処理を行わない場合（実施例２）における単糖回収量は、過酸化水素による熱水処理と酵素処理を行う場合（実施例１）における単糖回収量の約９２％（１０９ｍｇ／１１８ｍｇ）を回収することができた。
この回収量はオゾン処理と酵素処理（比較例１）を行う場合における単糖回収量を上回っており効果としては必要且つ十分であるといえる。
【００３２】
〔表１〕
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【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】バイオマスの糖化工程を示すフロー図。
【図１】
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