(57)【要約】【課題】混練が進むに連れて液化する混練対象物が内部にて混練されるチャンバを備える混練装置において、チャンバ内部にて混練対象物の未反応分が残ることを抑制する。【解決手段】混練が進むに連れて液化する混練対象物１００が内部にて混練されるチャンバ２を備える混練装置１であって、上記チャンバ２を回動させる回動手段６を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練が進むに連れて液化する混練対象物が内部にて混練されるチャンバを備える混練装置であって、
前記チャンバを回動させる回動手段を備えることを特徴とする混練装置。
【請求項２】
前記チャンバが水平な第１方向に長い形状を有しており、
前記回動手段は、前記第１方向の端部を昇降させることによって前記チャンバを回動させる
ことを特徴とする請求項１記載の混練装置。
【請求項３】
前記回動手段は、
前記チャンバの前記第１方向における中央部を軸支する軸支部と、
前記チャンバの前記第１方向における端部のいずれか一方の上部に設置される錘と、
前記チャンバの前記第１方向における端部のいずれか一方を昇降させる昇降部と
を備えることを特徴とする請求項２記載の混練装置。
【請求項４】
前記チャンバが水平な第１方向に長い形状を有しており、
前記回動手段は、前記第１方向を中心として前記チャンバを回動させる
ことを特徴とする請求項１記載の混練装置。
【請求項５】
セルロースを含む多糖物と糖化酵素との混合物を混練対象物とする酵素反応装置であって、
請求項１〜４いずれかに記載の混練装置からなることを特徴とする酵素反応装置。
【請求項６】
請求項５記載の酵素反応装置と、
前記酵素反応装置により生成された分解物を、固体酸触媒を用いてグルコースに分解する第１触媒反応装置と
を備えることを特徴とするセルロース糖化装置。
【請求項７】
バイオマスに加圧熱水を作用させてバイオマスに含まれるヘミセルロースを選択的に分解する加圧熱水反応装置と、
前記加圧熱水反応装置の処理液から固体としてのセルロースを分離する固液分離器と、
前記固液分離器で分離されたセルロースをグルコースに分解する請求項６記載のセルロース糖化装置と
を備えることを特徴とするバイオマス糖化装置。
【請求項８】
前記固液分離器で分離された液体としてのヘミセルロース分解物を、固体酸触媒を用いてヘミセルロース由来の単糖に分解する第２触媒反応装置をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のバイオマス糖化装置。
【請求項９】
請求項８に記載の前記バイオマス糖化装置と、
前記バイオマス糖化装置により生成されたグルコースからエタノールを生成する第１発酵装置と、
前記バイオマス糖化装置により生成されたヘミセルロース由来の単糖からエタノールを生成する第２発酵装置と
を備えることを特徴とするエタノール生産装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練装置、酵素反応装置、セルロース糖化装置、バイオマス糖化装置及びエタノール生産装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスからエタノール（バイオエタノール）を生産する技術として種々のプロセスが発表されている。このなかの１つとして、糖化酵素として広く知られるセルラーゼを用いてバイオマス中のセルロースをグルコースに糖化し、当該グルコースを発酵処理することによりエタノールを生産するプロセスが開示されている。上記糖化酵素を用いたセルロースの糖化処理では、糖化酵素に含まれるβ−グルカナーゼによってセルロースがセロビオース（グルコースの２量体）に分解され、さらに同じく糖化酵素に含まれるβ−グルコシダーゼによって上記セロビオースからグルコースに最終的に分解される。
【０００３】
このようなプロセスを用いるときには、例えば、特許文献１で示すような混練装置（酵素反応装置）を用いて、セルロースを含む多糖物と糖化酵素とを混練する。この特許文献１で示されるような混練装置は、横置きされたチャンバの内部に上記多糖物と糖化酵素を入れ、チャンバの内部にて多糖物と糖化酵素とが混練される。そして、混練が進むと、多糖物が水溶性オリゴ糖や懸濁体多糖に加水分解されて混練対象物が徐々に液化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２１３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、混練対象物が液化するためには、チャンバの内部にて多糖物に対して糖化酵素が付着する必要がある。つまり、チャンバ内部に供給された多糖物を全て液化させるためには、チャンバ内部の全体に糖化酵素を行き渡らせる必要がある。しかしながら、特にチャンバの隅部では、混練対象物の混練が進まず、糖化酵素が行き渡り難い。このため、チャンバの隅部において混練対象物の加水分解が進まず、未反応分が残り、液化効率が低下し、さらには水溶性オリゴ糖及びグルコースの収率が低下する。
【０００６】
また、エタノールを生産に用いる混練装置のみならず、混練が進むに連れて流動性が低下する混練対象物を混練する混練装置では、同様に、チャンバの隅部において混練対象物の未反応分が残る可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、混練が進むに連れて液化する混練対象物が内部にて混練されるチャンバを備える混練装置において、チャンバ内部にて混練対象物の未反応分が残ることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、混練が進むに連れて液化する混練対象物が内部にて混練されるチャンバを備える混練装置であって、上記チャンバを回動させる回動手段を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記チャンバが水平な第１方向に長い形状を有しており、上記回動手段が、上記第１方向の端部を昇降させることによって上記チャンバを回動させるという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記回動手段が、上記チャンバの上記第１方向における中央部を軸支する軸支部と、上記チャンバの上記第１方向における端部のいずれか一方の上部に設置される錘と、上記チャンバの上記第１方向における端部のいずれか一方を昇降させる昇降部とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第１の発明において、上記チャンバが水平な第１方向に長い形状を有しており、上記回動手段が、上記第１方向を中心として上記チャンバを回動させるという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、セルロースを含む多糖物と糖化酵素との混合物を混練対象物とする酵素反応装置であって、上記第１〜第４いずれかの発明である混練装置からなるという構成を採用する。
【００１４】
第６の発明は、セルロース糖化装置であって、第５の発明である酵素反応装置と、上記酵素反応装置により生成された分解物を、固体酸触媒を用いてグルコースに分解する第１触媒反応装置とを備えるという構成を採用する。
【００１５】
第７の発明は、バイオマス糖化装置であって、バイオマスに加圧熱水を作用させてバイオマスに含まれるヘミセルロースを選択的に分解する加圧熱水反応装置と、上記加圧熱水反応装置の処理液から固体としてのセルロースを分離する固液分離器と、上記固液分離器で分離されたセルロースをグルコースに分解する上記第６の発明であるセルロース糖化装置とを備えるという構成を採用する。
【００１６】
第８の発明は、上記第７の発明において、上記固液分離器で分離された液体としてのヘミセルロース分解物を、固体酸触媒を用いてヘミセルロース由来の単糖に分解する第２触媒反応装置をさらに備えるという構成を採用する。
【００１７】
第９の発明は、エタノール生産装置であって、上記第８の発明である上記バイオマス糖化装置と、上記バイオマス糖化装置により生成されたグルコースからエタノールを生成する第１発酵装置と、上記バイオマス糖化装置により生成されたヘミセルロース由来の単糖からエタノールを生成する第２発酵装置とを備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回動手段によってチャンバが回動される。チャンバが回動されると、チャンバ内部の液分と固形分とが異なる動きをするため、液分と固形分とを混ぜ合わせ、未反応分の反応を促進させることが可能となる。
例えば、チャンバが水平な第１方向に長い形状を有しており、回動手段が、第１方向の端部を反対方向に昇降させることによってチャンバを回動させる場合には、チャンバの回動に伴って、チャンバの端部に滞留した未反応分が昇降し、未反応分が液面と衝突する。このように、未反応分が液面との衝突することによって液分と混ぜ合わされ、未反応分にまで酵素が行き渡ることになる。この結果、未反応分の反応を促進させ、チャンバ内部にて混練対象物の未反応分が残ることを抑制することが可能となる。
また、回動手段が、上記第１方向を中心としてチャンバを回動させる場合には、チャンバの回動に伴って未反応分が昇降すると共に、未反応分が大きく揺り動かされるため、未反応分がチャンバの内壁から脱離して液分に混ざり易くなる。したがって、未反応分の反応を促進させ、チャンバ内部にて混練対象物の未反応分が残ることを抑制することが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、チャンバが回動されることにより、未反応分（固形分）と液分との混合が促進されるため、混練対象物を効率良く液化することができる。このため、糖化酵素を混練対象物に混ぜている場合には、従来よりも短時間で混練対象物の反応を完了することができる。また、従来と同様の時間を掛けて混練することができるときには、糖化酵素の混合量を従来よりも減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の混練装置の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の混練装置の動作を説明するための模式図である。
【図３】本発明の一実施形態における混練装置を酵素反応装置として備えるエタノール生産装置のプロセス構成図である。
【図４】本発明の一実施形態の混練装置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る混練装置及び酵素反応装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２２】
（混練装置）
図１は、本実施形態の混練装置１の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が縦断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の混練装置１は、チャンバ２と、シャフト３と、パドル４と、モータ５と、回動部６（回動手段）とを備えている。
【００２３】
チャンバ２は、内部に混練対象物１００が収容される有底円筒形状の容器であり、両端部を貫通する中心軸Ｌが水平となるように寝かされた姿勢で設置されている。このチャンバ２は、中心軸Ｌが向く方向（本発明における水平な第１方向）に長い形状とされている。なお、以下の説明では、中心軸Ｌが向く方向を軸方向と称する。また、図１には示されていないが、このチャンバ２には、内部に混練対象物１００を供給するための投入口と、内部から混練対象物１００を取り出すための排出口とが設けられている。
【００２４】
本実施形態の混練装置１が混練対象とする混練対象物１００としては、種々のものが考えられるが、例えば、セルロースを含む多糖物と糖化酵素との混合物とすることができる。ただし、混練対象物１００は、混練が進むにつれて流動性が高まり（粘度が低下し）、液化が進むものである。
【００２５】
シャフト３は、チャンバ２の外部からチャンバ２の内部に挿入されており、チャンバ２の中心軸Ｌに重ねて配置されている。このシャフト３は、チャンバ２に対して回転可能に支持されており、両端（先端３ａ及び後端３ｂ）がチャンバ２の外部に突出されている。
【００２６】
パドル４は、シャフト３からシャフト３の径方向に突出するように設けられた板状部材であり、シャフト３の回転に伴ってチャンバ２内にて回動される。このパドル４は、シャフト３の先端３ａ側と、シャフト３の後端３ｂ側と、これらの中間とに各々２枚ずつ設けられている。
【００２７】
モータ５は、シャフト３の後端３ｂと接続されており、チャンバ２の外部に設置されている。このモータ５は、シャフト３を回転駆動するための動力を生成すると共に、シャフト３に回転動力を伝達することでシャフト３を回転駆動させるものである。
【００２８】
回動部６は、チャンバ２を軸支する軸支部６ａと、チャンバ２の端部に取り付けられる錘６ｂと、チャンバ２の端部を昇降させる油圧シリンダ６ｃ（昇降部）と、制御装置６ｄとを備えている。
【００２９】
軸支部６ａは、図１（ａ）に示すように、チャンバ２の軸方向における中央部に接続されており、このチャンバ２を軸支している。チャンバ２は、このような軸支部６ａによって、軸方向と直交する水平な回動軸Ｌ１を中心として回動可能に支持されている。錘６ｂは、チャンバ２の軸方向における２つの端部のうち一方の端部（本実施形態においては、先端部２ａ）の上部に取り付けられている。このような錘６ｂによって、チャンバ２には、先端部２ａを下降させようとする力が常に作用している。油圧シリンダ６ｃは、チャンバ２の先端部２ａを下方から支持しており、制御装置６ｄの制御の下、チャンバ２の先端部２ａを昇降させる。制御装置６ｄは、所定周期にて油圧シリンダ６ｃにチャンバ２の先端を昇降させる。
【００３０】
このような回動部６は、油圧シリンダ６ｃによってチャンバ２の先端部２ａを昇降させることでチャンバ２を回動軸Ｌ１を中心として回動させる。例えば、油圧シリンダ６ｃが伸びると、チャンバ２は、軸支部６ａによって軸支されながら、先端部２ａが上昇するように回動軸Ｌ１を中心として回動する。また、油圧シリンダ６ｃが縮むと、チャンバ２は、軸支部６ａに軸支されながら、錘６ｂの重量によって先端部２ａが下降するように回動軸Ｌ１を中心として回動する。
【００３１】
続いて、本実施形態の混練装置１の動作について図２の模式図を参照して説明をする。
本実施形態の混練装置１では、モータ５によってシャフト３が回転駆動されると、シャフト３に連結されたパドル４がチャンバ２の内部を回転し、これによって混練対象物１００が混練される。このような混練が進むと、図２（ａ）に示すように、混練対象物１００の液化が進行し、混練対象物１００がスラリー状の液分２００と、固形分３００とに分かれる。さらに混練が続けられると、混練対象物１００のほぼ全体が液分２００となるものの、図２（ｂ）に示すように、パドル４によって攪拌され難いチャンバ２の隅部において固形分３００からなる未反応分３０１が残存する。
【００３２】
続いて、回動部６がチャンバ２を回動させる。つまり、制御装置６ｄの制御の下、油圧シリンダ６ｃが伸縮し、チャンバ２が回動軸Ｌ１を中心として回動される。ここで、例えば、油圧シリンダ６ｃが伸びたときには、図２（ｃ）に示すように、チャンバ２の先端部２ａが上昇し、先端部２ａ側の隅部に残存する未反応分３０１は、液分２００の液面２０１の上方まで移動する。一方、油圧シリンダ６ｃが縮んだときには、図２（ｄ）に示すように、チャンバ２の先端部２ａが下降し、先端部２ａ側の隅部に残存する未反応分３０１が液面２０１の下方まで移動する。このため、チャンバ２が繰り返し回動されることによって、残存する未反応分３０１が液面２０１と衝突を繰り返すことになる。
【００３３】
以上のような本実施形態の混練装置１によれば、未反応分３０１が液面との衝突することによって液分２００と混ぜ合わされ、未反応分３０１にまで酵素が行き渡ることになる。この結果、未反応分３０１の反応を促進させ、チャンバ２内部にて混練対象物１００の未反応分３０１が残ることを抑制することが可能となる。
【００３４】
さらに、本実施形態の混練装置１によれば、チャンバ２が回動されることにより、未反応分３０１と液分２００との混合が促進されるため、混練対象物１００を効率良く液化することができる。このため、上述のように糖化酵素を混練対象物１００に混ぜる場合には、従来よりも短時間で混練対象物１００の反応を完了することができる。また、従来と同様の時間を掛けて混練することができるときには、糖化酵素の混合量を従来よりも減少させることができる。
【００３５】
また、本実施形態の混練装置１においては、チャンバ２が軸方向に長い形状を有しており、チャンバ２の軸方向の端部である先端部２ａを昇降させることによってチャンバ２を回動させている。このため、回動軸Ｌ１から未反応分３０１が滞留するチャンバ２の端部までの距離を長く確保することができ、僅かにチャンバ２を回動させることでチャンバ２の端部に滞留した未反応分３０１を大きく移動させることができる。このため、未反応分３０１を液分２００の液面２０１に対して強く衝突させることができ、効率的に未反応分３０１を液分２００と混ぜ合わせることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態の混練装置１においては、回動部６が、チャンバ２の中央部を軸支する軸支部６ａと、チャンバ２の先端部２ａの上部に設置される錘６ｂと、チャンバ２の先端部２ａを昇降させる油圧シリンダ６ｃとを備えている。このため、油圧シリンダ６ｃを伸縮させるのみで、容易にチャンバ２を回動させることができる。
【００３７】
（酵素反応装置、セルロース糖化装置、バイオマス糖化装置及びエタノール生産装置）
次に、図３を参照して、上記実施形態の混練装置１からなる酵素反応装置１４を備えるエタノール生産装置１０について説明する。
【００３８】
エタノール生産装置１０は、加圧熱水反応装置１１、固液分離器１２、冷却器１３、酵素反応装置１４、第１触媒反応装置１５、第１発酵装置１６、第２触媒反応装置１７、第２発酵装置１８、蒸留装置１９及び排水処理装置２０から構成されている。このようなエタノール生産装置１０は、外部から原料として供給された木質系バイオマスを糖化処理することによりに単糖類（キシロース及びグルコース）を生産し、当該単糖類にアルコール発酵処理及び蒸留処理を施すことにより高純度のエタノールを生産するプロセス装置である。
【００３９】
加圧熱水反応装置１１は、２００〜２３０℃の加圧熱水を上記木質系バイオマスに作用させることにより、木質系バイオマスに含まれるヘミセルロース（固体）を選択的に加水分解して可溶化させる装置である。木質系バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを主成分とするセルロース系バイオマスである。これら主成分のうち、ヘミセルロースは、比較的低温の２００〜２３０℃の加圧熱水を作用させると容易に加水分解されて五炭糖が重合したヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）に分解（可溶化）するが、セルロースは、２００〜２３０℃の加圧熱水では殆ど分解しない。特に、セルロースを加圧熱水で加水分解するためには、２００〜２３０℃を超える例えば２４０〜３００℃程度の加圧熱水を木質系バイオマスに作用させる必要がある。
【００４０】
加圧熱水反応装置１１は、このようなセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの加圧熱水に対する性質を利用することにより、木質系バイオマスに含まれるヘミセルロースを五炭糖が重合したヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）に選択的に分解（可溶化）させる。なお、加圧熱水とは、亜臨界状態の熱水であって、液体状態を維持するために加圧された熱水である。
【００４１】
上記加圧熱水反応装置１１は、図２に示すように、ポンプ１１ａ、加熱器１１ｂ、水量調整弁１１ｃ、反応槽１１ｄ及び制御装置１１ｅから構成されている。ポンプ１１ａは、外部から供給される水を加圧して加熱器１１ｂに送出する。加熱器１１ｂは、制御装置１１ｅから入力される温度制御信号に応じて、ポンプ１１ａから流入する加圧水を２００〜２３０℃まで加熱し、加圧熱水として水量調整弁１１ｃに送出する。水量調整弁１１ｃは、制御装置１１ｅから入力される流量制御信号に応じてその開度が調節される電子制御弁であり、流量調整した上で加熱器１１ｂから流入する加圧熱水を反応槽１１ｄに送出する。
【００４２】
反応槽１１ｄは、外部から原料として供給される一定量の木質系バイオマスを収容すると共に、水量調整弁１１ｃから流入する加圧熱水を木質系バイオマスに添加（作用）させることによって、木質系バイオマス中のヘミセルロースを、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類に選択的に分解する。すなわち、この反応槽１１ｄの処理液は、木質系バイオマスの主成分のうち、セルロース及びリグニンを固体として含み、またヘミセルロースが分解して得られたヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）を液体として含むものである。反応槽１１ｄはこのような処理液を固液分離器１２に排出する。
【００４３】
制御装置１１ｅは、加熱器１１ｂに温度制御信号を出力すると共に水量調整弁１１ｃに流量制御信号を出力し、反応槽１１ｄに供給すべき加圧熱水の温度及び流量（供給量）を調節することにより、反応槽１１ｄにおける木質系バイオマスの加水分解条件を制御する。すなわち、制御装置１１ｅは、加圧熱水の供給量Ｑ（ｍｌ）と木質系バイオマスの供給量Ｖ（ｇ）との比率Ｋ（＝Ｑ／Ｖ）、加圧熱水の温度Ｔ（℃）を加水分解条件として設定する。制御装置１１ｅが反応槽１１ｄの加水分解条件を調整することによって、反応槽１１ｄから流出する処理液は、上述したようにセルロース及びリグニンを固体として含み、またヘミセルロースが分解して得られたヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類を液体として含むものとなる。
【００４４】
固液分離器１２は、上記反応槽１１ｄから流入する処理液を固液分離することにより、固体であるセルロース（リグニンを多く含む）を第１多糖物として冷却器１３に送出する一方、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類を第２多糖液として第２触媒反応装置１７に送出する。冷却器１３は、後段の酵素反応装置１４における糖化酵素（耐熱性酵素）の活性が最も高くなるように第１多糖物の温度を調節するために設けられており、固液分離器１２から流入する第１多糖物を例えば５０〜９０℃程度に冷却して酵素反応装置１４に送出する。
【００４５】
酵素反応装置１４は、冷却器１３から供給される第１多糖物に糖化酵素であるセルラーゼ及び水を添加し、第１多糖物中のセルロースにセルラーゼを作用させることによってセロビオース（グルコースが２量体重合したもの）を主成分とする分解物つまり水溶性オリゴ糖や懸濁体多糖に加水分解する装置である。セルラーゼは、複数種類の糖化酵素の集合体として一般的に知られているが、主成分としてβ−グルカナーゼを含んでいる。このβ−グルカナーゼは、セルロースを上記水溶性オリゴ糖に加水分解するための糖化酵素として知られている。また、水溶性オリゴ糖は、グルコースが２〜６量体重合した水溶性を示す分解物（多糖類）であり、懸濁体多糖は、グルコースが７量体以上重合したものやグルコースが６量体重合したセロヘキサオースの結晶であり、酵素反応装置１４内において懸濁状態で存在する分解物（多糖類）である。酵素反応装置１４は、上記β−グルカナーゼがセルロースに作用することによって上記水溶性オリゴ糖を生成し、当該水溶性オリゴ糖を主成分とする第１多糖液を第１触媒反応装置１５に送出する。
【００４６】
ここで、酵素反応装置１４で用いる糖化酵素は、「耐熱性酵素」として市販されているものも可能である。通常の糖化酵素は、４０〜５０℃程度において酵素活性が最大になるが、耐熱性酵素は、７０〜９０℃程度の温度において酵素活性が最大になる。このような耐熱性酵素を酵素反応装置１４で用いることにより、冷却器１３で冷却すべき温度幅が小さくなるので、第１多糖物の冷却によるエネルギーロスを縮小することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態において酵素反応装置１４として、上記実施形態の混練装置１が用いられている。つまり、本実施形態においては、混練装置１からなる酵素反応装置１４に対して、冷却器１３から排出された第１多糖物と、糖化酵素であるセルラーゼと、水とが供給され、これらの混合物を混練対象物１００として混練が行われる。
このため、酵素反応装置１４において、未反応分３０１が残ることを防止することができ、効率的に水溶性オリゴ糖を生成することができる。
【００４８】
第１触媒反応装置１５は、酵素反応装置１４から流出する第１多糖液を、粉末状の固体酸触媒Ｘを用いて加水分解することによりグルコースを生成し、当該グルコースを主成分とする第１単糖液を第１発酵装置１６に送出するものであり、図示するように第１混合装置１５ａと第１固液分離装置１５ｂとから構成されている。
【００４９】
第１混合装置１５ａは、酵素反応装置１４から流入する第１多糖液と予め充填されている固体酸触媒Ｘとを９０℃以上１２０℃未満の温度下において撹拌及び混合することで両者を接触させて加水分解反応（つまり糖化反応）を促進させる。このような糖化反応により、第１多糖液に含まれる水溶性オリゴ糖が分解されて単糖（六炭糖）であるグルコースが生成される。このように生成されたグルコースを含む第１単糖液と固体酸触媒Ｘとを含む第１混合液は、第１混合装置１５ａから第１固液分離装置１５ｂに流出する。
【００５０】
第１固液分離装置１５ｂは、上記第１混合装置１５ａから流入する第１混合液を固液分離することで第１単糖液と固体酸触媒Ｘとを分離し、固体酸触媒Ｘを回収して上記第１混合装置１５ａに供給する（再利用する）一方、グルコースを含む第１単糖液を第１発酵装置１６に送出する。このような第１固液分離装置１５ｂとしては、例えば沈殿槽を用いることができる。つまり、沈殿槽に供給される第１混合液のうち、粉末状の固体酸触媒Ｘは槽底部に沈殿し、上澄み液がグルコースを含む第１単糖液として得られる。
【００５１】
第１発酵装置１６は、上記第１触媒反応装置１５から流入するグルコースを含む第１単糖液に、酵母等のエタノール発酵微生物と、窒素、リン等の栄養源とを添加し、適切な温度、ｐＨ等の条件下で微生物を培養してグルコースをアルコール発酵させることでエタノールを生成するものである。第１発酵装置１６は、このように生成されたエタノールを蒸留装置１９に送出する。
【００５２】
第２触媒反応装置１７は、上記の加圧熱水反応装置１１から流入する第２多糖液を、粉末状の固体酸触媒Ｘを用いて加水分解することによりヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液を生成するものであり、図示するように第２混合装置１７ａ及び第２固液分離装置１７ｂから構成されている。第２混合装置１７ａは、加圧熱水反応装置１１から流入する第２多糖液と予め充填されている固体酸触媒Ｘとを９０℃以上１２０℃未満の温度下において撹拌及び混合することにより両者を接触させて加水分解反応（つまり糖化反応）を促進させる。このような糖化反応により、第２多糖液に含まれるヘミセルロース由来のオリゴ糖が加水分解されて単糖（五炭糖）が生成される。第２混合装置１７ａは、このように生成されたヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液と固体酸触媒Ｘとを含む第２混合液とを第２固液分離装置１７ｂに送出する。
【００５３】
第２固液分離装置１７ｂは、上記の第２混合装置１７ａから流入する第２混合液を固液分離することで第２単糖液と固体酸触媒Ｘとに分離し、固体酸触媒Ｘを回収して上記第２混合装置１７ａに供給する（再利用する）一方、ヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液を第２発酵装置１８に送出する。このような第２固液分離装置１７ｂとしては、上述した第１固液分離装置１５ｂと同様に沈殿槽を用いることができる。つまり、沈殿槽に供給された第２混合液のうち、粉末状の固体酸触媒Ｘは槽底部に沈殿し、上澄み液がヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液として得られる。
【００５４】
第２発酵装置１８は、上記第２触媒反応装置１７から流入するヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液に、酵母等のエタノール発酵微生物と、窒素、リン等の栄養源とを添加し、適切な温度、ｐＨ等の条件下で微生物を培養してヘミセルロース由来の単糖をアルコール発酵させることでエタノールを生成するものである。エタノール発酵微生物としては、サッカロミセス属酵母などの公知の各種微生物を用いることができる。第２発酵装置１８は、このように生成したエタノールを蒸留装置１９に送出する。
【００５５】
蒸留装置１９は、上記の第１発酵装置１６及び第２発酵装置１８から流入するエタノールの蒸留及び濃縮を行うことにより、純度の高いエタノールを生成して外部に送出するものである。排水処理装置２０は、加圧熱水反応装置１１の反応槽１１ｄから排出されるブロー水と、第１発酵装置１６及び第２発酵装置１８から排出される水（アルコール発酵の過程で生成される水）とを受け入れ、所定の清浄化処理を施して外部に排水するものである。
【００５６】
次に、このように構成されたエタノール生産装置１０の動作について説明する。
加圧熱水反応装置１１では、制御装置１１ｅによって加熱器１１ｂ及び水量調整弁１１ｃが制御されることによって、反応槽１１ｄ内に収容された一定量の木質系バイオマスに２００〜２３０℃の加圧熱水が所定量添加される。この状態で一定の反応時間が経過することにより、反応槽１１ｄ内の木質系バイオマスに含まれるヘミセルロースは、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）に選択的に分解される。
【００５７】
したがって、上記反応時間が経過した後における反応槽１１ｄの処理液は、セルロース及びリグニンを固体として含み、またヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）を液体として含む固液混合液となる。そして、このような処理液は、反応槽１１ｄから固液分離器１２に排出され、当該固液分離器１２において固液分離される。すなわち、固体であるセルロース及びリグニンは、固液分離器１２から冷却器１３に第１多糖物として送出され、一方、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）は、第２多糖液として第２触媒反応装置１７に送出される。
【００５８】
そして、上記第１多糖物は、冷却器１３において９０〜１００℃程度に冷却されて酵素反応装置１４に送出され、当該酵素反応装置１４においてセルラーゼ及び水が添加される。この結果、セルラーゼが第１多糖物に含まれるセルロースに作用することにより、当該セルロースが水溶性オリゴ糖に分解される。つまり、酵素反応装置１４では、セルラーゼに含まれるβ−グルカナーゼがセルロースに作用することによってセロビオースが生成される。なお、この際に、酵素反応装置１４において生成された水溶性オリゴ糖の一部は、セルラーゼに含まれるβ−グルコシダーゼによりグルコースに分解される。
【００５９】
第１混合装置１５ａは、酵素反応装置１４から流入した第１多糖液と固体酸触媒Ｘとを９０〜１００℃の温度下において攪拌及び混合することで第１多糖液中の水溶性オリゴ糖をグルコースに分解する。この第１混合装置１５ａにおけるグルコースの生成速度は、酵素反応装置１４における生成速度よりも早い。具体的には、第１混合装置１５ａにおいて約１０時間の間に生成されるグルコースの量は、酵素反応装置１４において生成される量の約３．５倍である。第１混合装置１５ａでは、殆ど全ての水溶性オリゴ糖がグルコースに分解されるまでの時間をかけて触媒反応を行う。そして、この結果生成されたグルコースを含む第１単糖液は、固体酸触媒Ｘとともに第１混合液として第１混合装置１５ａから第１固液分離装置１５ｂに流出する。
【００６０】
そして、上記第１混合液は、第１固液分離装置１５ｂにおいて第１単糖液と固体酸触媒Ｘとに固液分離され、固体である固体酸触媒Ｘは第１混合装置１５ａに返送され、一方、第１単糖液は、第１発酵装置１６に送出される。この第１発酵装置１６では、アルコール発酵により第１単糖液に含まれるグルコースからエタノールが生成され、蒸留装置１９に供給される。そして、蒸留装置１９では、エタノールの蒸留及び濃縮が行われる。
【００６１】
一方、第２触媒反応装置１７に供給された第２多糖液は、第２触媒反応装置１７の第２混合装置１７ａにおいて第２多糖液と固体酸触媒Ｘとを９０℃以上１２０℃未満の温度下において攪拌及び混合されることで第２多糖液中のヘミセルロース由来のオリゴ糖が単糖に分解される。そして、このヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液は、固体酸触媒Ｘとともに第２混合液として第２混合装置１７ａから第２固液分離装置１７ｂに排出され、当該第２固液分離装置１７ｂにおいて第２単糖液と固体酸触媒Ｘとに固液分離される。そして、固体である固体酸触媒Ｘは第２混合装置１７ａに返送され、一方、第２単糖液は、第２発酵装置１８に送出される。この第２発酵装置１８では、アルコール発酵により第２単糖液に含まれるヘミセルロース由来の単糖からエタノールが生成され、蒸留装置１９に供給されて蒸留及び濃縮が行われる。
【００６２】
さらに、加圧熱水反応装置１１の反応槽１１ｄから排出されるブロー水及び第１発酵装置１６及び第２発酵装置１８から排出される水（アルコール発酵の過程で生成される水）は、排水処理装置２０において所定の清浄度まで浄化処理された後に外部に排水される。
【００６３】
このようなエタノール生産装置１０では、セルラーゼによりセルロースが水溶性オリゴ糖に分解され、さらに固体酸触媒Ｘによって上記水溶性オリゴ糖がグルコースに分解され、さらに当該グルコースからエタノールが生産される。このとき、酵素反応装置１４において、効率的に水溶性オリゴ糖を生成することができるため、エタノール生産装置１０では、効率的にエタノールが生産される。
【００６４】
同様に、このエタノール生産装置１０に含まれるセルロース糖化装置１０Ａ、すなわち上記酵素反応装置１４と第１触媒反応装置１５とを備えるセルロース糖化装置１０Ａも、酵素反応装置１４を備えることにより、効率的にセルロースを糖化することができる。
さらに、加圧熱水反応装置１１と、固液分離器１２と、セルロース糖化装置１０Ａとを備えたバイオマス糖化装置１０Ｂも、酵素反応装置１４を備えることにより、効率的にバイオマスを糖化することができる。
【００６５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６６】
（１）例えば、上記実施形態においては、チャンバ２の軸方向の端部である先端部２ａを昇降させることによってチャンバ２を回動させる構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図４の模式図に示すように、中心軸Ｌ（すなわち第１方向）を中心として、チャンバ２を回動させるようにしても良い。この場合には、例えば、図４に示すように、中心軸Ｌを中心として回動可能となるように下方からチャンバ２を支持する支持部７ａと、チャンバ２を移動させる動力を発生するモータ７ｂと、モータ７ｂの動力をチャンバ２に伝達するラックアンドピニオン機構７ｃと、モータ７ｂを制御する制御装置７ｄとからなる回動部７（回動手段）を設置することが考えられる。
このような構成を採用する混練装置によれば、チャンバ２の回動に伴って未反応分３０１が昇降すると共に、未反応分３０１が大きく揺り動かされるため、未反応分３０１がチャンバ２の内壁から脱離して液分２００に混ざり易くなる。したがって、未反応分３０１の反応を促進させ、チャンバ２内部にて未反応分３０１が残ることを抑制することが可能となる。
【００６７】
（２）上記実施形態においては、チャンバ２の先端部２ａ側に錘６ｂ及び油圧シリンダ６ｃを設ける構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、チャンバ２の後端部側に錘及び油圧シリンダを設置しても良く、また錘及び油圧シリンダのいずれか一方をチャンバ２の先端部２ａ側に設置し他方をチャンバ２の後端部側に設置しても良い。
【００６８】
（３）上記実施形態においては、本発明の昇降部として油圧シリンダ６ｃを用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、昇降部としてエアシリンダや電動シリンダを用いても良い。
【００６９】
（４）上記実施形態の混練装置１は、シャフト３の長手方向の１箇所に対して２枚のパドル４が取り付けられた構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の箇所に１枚のパドルが取り付けられる構成や、同様の箇所に３枚以上のパドル４が取り付けられる構成を採用しても良い。
【００７０】
（５）上記実施形態の混練装置１は、シャフト３の長手方向において、シャフト３の先端３ａ側と、シャフト３の後端３ｂ側と、これらの中間との３箇所にパドル４が取り付けられた構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、シャフト３の長手方向において１箇所、２箇所あるいは４箇所以上にパドル４を取り付ける構成を採用しても良い。
【００７１】
（６）上記実施形態においては、混練装置１を酵素反応装置１４に用いる例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、混練が進むに連れて流動性が変化する混練対象物を混練する混練装置の全てに適用することが可能である。
【００７２】
（７）上記実施形態では、第１触媒反応装置１５において生成されたグルコースや第２触媒反応装置１７において生成されたヘミセルロース由来の単糖からエタノールを生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１発酵装置１６や、第２発酵装置１８や、蒸留装置１９を他の反応装置に換えることで、エタノール以外の化学製品（例えばヒドロキシメチルフルフラールやフルフラール）を生成するようにしても良い。
【００７３】
（８）上記実施形態では、木質系バイオマスに含まれるセルロースからグルコースを生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、同様にセルロースとヘミセルロースとリグニンとを含んでいる草本系バイオマスであれば、これに含まれるセルロースから水溶性の糖分（グルコース）を生成するようにしても良い。
【００７４】
（９）上記実施形態における第１触媒反応装置１５及び第２触媒反応装置１７では、粉末状の固体酸触媒Ｘを用いた関係で第１固液分離装置１５ｂ及び第２固液分離装置１７ｂを設けた。しかしながら、固体酸触媒には粉末状のものの他にペレット状のものがある。このペレット状固体酸触媒を用いる場合、第１触媒反応装置及び第２触媒反応装置として、例えば流通性容器内に固定状態に収納されたペレット状固体酸触媒に第１多糖液あるいは第２多糖液を通過させて加水分解するタイプの触媒反応装置（固定床固体酸触媒反応装置）を採用することが考えられる。このような固定床固体酸触媒反応装置を採用することにより、第１触媒反応装置及び第２触媒反応装置の装置構成を簡略化することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１……混練装置、２……チャンバ、２ａ……先端部（端部）、３……シャフト、３ａ……先端、３ｂ……後端、４……パドル、５……モータ、６……回動部（回動手段）、６ａ……軸支部、６ｂ……錘、６ｃ……油圧シリンダ（昇降部）、６ｄ……制御装備、７……回動部（回動手段）、７ａ……支持部、７ｂ……モータ、７ｃ……ラックアンドピニオン機構、７ｄ……制御装置、１０……エタノール生産装置、１０Ａ……セルロース糖化装置、１０Ｂ……バイオマス糖化装置、１１……加圧熱水反応装置、１１ａ……ポンプ、１１ｂ……加熱器、１１ｃ……水量調整弁、１１ｄ……反応槽、１１ｅ……制御装置、１２……固液分離器、１３……冷却器、１４……酵素反応装置、１５……第１触媒反応装置、１５ａ……第１混合装置、１５ｂ……第１固液分離装置、１６……第１発酵装置、１７……第２触媒反応装置、１７ａ……第２混合装置、１７ｂ……第２固液分離装置、１８……第２発酵装置、１９……蒸留装置、２０……排水処理装置、１００……混練対象物、２００……液分、２０１……液面、３００……固形分、３０１……未反応分、Ｌ……中心軸、Ｌ１……回動軸、Ｘ……固体酸触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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