(57)【要約】【課題】セルロース系のバイオマスの３つの主成分の可溶化物の少なくとも１つを分離製造する方法を提案する。【解決手段】セルロース系可溶化物とヘミセルロース系可溶化物とリグニン系可溶化物とを含有するバイオマス液に貧溶媒を添加して固液分離して得られる固形物に水を添加して固液分離することにより、リグニンを固形物として分離製造することができると共に、糖化・発酵してエタノールを得ることができる可溶化オリゴ糖溶液を液状物として分離製造することができる。また、この可溶化オリゴ糖溶液にセルラーゼを添加して糖化・発酵させることにより、エタノールとキシロオリゴ糖と分離製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースとヘミセルロースとリグニンとに起因するバイオマス系可溶化物が溶解しているバイオマス液から前記バイオマス系可溶化物を分離製造するバイオマス系可溶化物の分離製造方法であって、
前記バイオマス液に貧溶媒を添加して固液分離して得られる固形物を取り出す貧溶媒処理工程と、
前記貧溶媒処理工程により取り出された固形物に水を添加して固液分離して得られる固形物をリグニン系可溶化物として取り出す分離処理工程と、
を備えることを特徴とするバイオマス系可溶化物の分離製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のバイオマス系可溶化物の分離製造方法であって、
前記分離処理工程の固液分離により得られる液状物に対してセルロース系可溶化物を糖化・発酵させる糖化発酵剤を添加してエタノールとヘミセルロース系可溶化物とに分離する糖化発酵分離工程、
を備えるバイオマス系可溶化物の分離製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のバイオマス系可溶化物の分離製造方法であって、
前記セルロース系可溶化物はセロオリゴ糖であり、
前記ヘミセルロース系可溶化物はキシロオリゴ糖であり、
前記糖化発酵剤は、セルラーゼである、
バイオマス系可溶化物の分離製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載のバイオマス系可溶化物の分離製造方法であって、
前記バイオマス液は、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスに硫酸塩を添加して加熱と粉砕を同時に行なう加熱粉砕を行ない、その後、水を添加して固液分離して得られる液状物である、
バイオマス系可溶化物の分離製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス系可溶化物の分離製造方法に関し、詳しくは、バイオマス系可溶化物が溶解しているバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造するバイオマス系可溶化物の分離製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、イオン液体に貧溶媒を添加してリグニンを析出させてリグニンを分離するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この手法は、まず、木質系バイオマスを揮発性溶媒と接触させて加熱し、これをイオン液体に浸漬してイオン液体中にリグニンを溶解させてイオン液体から固形分を除去する。その後、イオン液体に貧溶媒を添加してリグニンを析出させてリグニンを分離する。
【０００３】
また、木質系バイオマスからヘミセルロース系オリゴ糖、セルロース系オリゴ糖、グルコース類の３種の糖組成物を製造するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この手法は、木質系バイオマスを酸濃度の異なる２種以上の酸処理液によって順次処理し、各処理工程で処理液から上清と固形物を分離し、分離した固形物を酸処理操作を繰り返すことによって各処理工程で種類の異なる糖組成物を分離・回収することにより、ヘミセルロース系オリゴ糖、セルロース系オリゴ糖、グルコース類の３種の糖組成物を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８９４９１号公報
【特許文献２】特開２００７−０８９５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セルロース系のバイオマスの主成分としては、通常、セルロースとヘミセルロースとリグニンの３つが挙げられる。これらの３つの主成分の可溶化物（バイオマス系可溶化物）が溶解しているバイオマス液から、これらの３つの主成分の可溶化物を分離製造することは、３つの主成分の可溶化物を有効利用することができ有益である。
【０００６】
本発明のバイオマス液の処理方法は、セルロース系のバイオマスの３つの主成分の可溶化物の少なくとも１つを分離製造する方法を提案することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のバイオマス系可溶化物の分離製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明のバイオマス系可溶化物の分離製造方法は、
セルロースとヘミセルロースとリグニンとに起因するバイオマス系可溶化物が溶解しているバイオマス液から前記バイオマス系可溶化物を分離製造するバイオマス系可溶化物の分離製造方法であって、
前記バイオマス液に貧溶媒を添加して固液分離して得られる固形物を取り出す貧溶媒処理工程と、
前記貧溶媒処理工程により取り出された固形物に水を添加して固液分離して得られる固形物をリグニン系可溶化物として取り出す分離処理工程と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
この本発明のバイオマス系可溶化物の分離製造方法では、バイオマス系可溶化物が溶解しているバイオマス液に貧溶媒を添加して固液分離して得られる固形物を取り出す。そして、取り出された固形物に水を添加して固液分離して得られる固形物をリグニン系可溶化物として取り出す。これにより、バイオマス液からセルロース系のバイオマスの３つの主成分の一つであるリグニンに起因するリグニン系可溶化物を分離製造することができる。ここで、貧溶媒としてはエタノールやプロパノール，ブチルアルコールなどの低級アルコールやエーテルなどが好適である。
【００１０】
こうした本発明のバイオマス系可溶化物の分離製造方法において、前記分離処理工程の固液分離により得られる液状物に対してセルロース系可溶化物を糖化・発酵させる糖化発酵剤を添加してエタノールとヘミセルロース系可溶化物とに分離する糖化発酵分離工程を備えるものとしてもよい。こうすれば、バイオマス液からセルロース系のバイオマスの３つの主成分の一つであるヘミセルロースに起因するヘミセルロース系可溶化物を分離製造することができる。なお、セルロースに起因するセルロース系可溶化物は、エタノールとして分離製造される。ここで、セルロース系可溶化物はセロオリゴ糖であり、ヘミセルロース系可溶化物はキシロオリゴ糖である。また、糖化発酵剤としてはセルラーゼなどが好適である。
【００１１】
本発明のバイオマス系可溶化物の分離製造方法において、前記バイオマス液は、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスに硫酸塩を添加して加熱と粉砕を同時に行なう加熱粉砕を行ない、その後、水を添加して固液分離して得られる液状物であるものとしてもよい。セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスに硫酸カルシウムや硫酸マグネシウムなどの硫酸塩を添加して加熱粉砕し、水を添加して固液分離して得られる液状物をバイオマス液として取り出す。得られたバイオマス液には、バイオマスの３つの主成分（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）に起因する可溶化物が高い比率（７０％や８０％以上）で溶解している。ここで、バイオマスとしては、稲わらや木材，古着など、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスであれば如何なるものであってもよく、ある程度の粗粉砕が施されているのが好ましい。硫酸塩の添加量としては、バイオマスに対して３０重量パーセント以上７０重量パーセント以下が好ましい。また、加熱粉砕は、温度が１００℃以上３００℃以下（例えば１５０℃や１７０℃，２００℃など）、圧力が０．０５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下（例えば、０．１ＭＰａや０．２ＭＰａ，１ＭＰａなど）、飽和水蒸気圧以下となる条件で行なうのが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態としてのバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造する様子の一例を示す工程図である。
【図２】バイオマスからバイオマス液を製造する様子を例示する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態としてのバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造する様子の一例を示す工程図である。ここで、バイオマス液としては、バイオマスの主要な３成分であるセルロースとヘミセルロースとリグニンとに起因するバイオマス系可溶化物が溶解している液体である。図２は、バイオマスからバイオマス液を製造する様子を例示する工程図である。説明の容易のために図２を用いてバイオマス液の製造の様子について説明し、その後、製造したバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造する様子について説明する。
【００１４】
図２のバイオマス液の製造方法では、まず、セルロース（一般式(C6H10O5)n：ｎ=数百〜数千）とヘミセルロース（一般式(C6H10O5)n：ｎ=数百〜数千）とリグニンとを含有するバイオマス（試料）を数ｍｍ以下程度に粗粉砕する。バイオマスとしては、稲わらや木材，古着など、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスであれば如何なるものでもよい。続いて、粗粉砕された試料に若干の水を加えて水分調整し、硫酸塩を添加して加熱と粉砕を同時に行なう加熱粉砕を行なう。ここで、硫酸塩としては、硫酸カルシウム（CaSO4）や硫酸マグネシウム（MgSO4）などを用いることができる。また、硫酸塩の添加量としては、３０重量パーセント以上７０重量パーセント以下が好ましい。加熱粉砕の条件としては、温度について１００℃以上３００℃以下が好ましく、圧力については０．０５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。また、水分については、飽和水蒸気圧以下が好ましい。図２に記載されている成分は、加熱粉砕を開始する前の試料の成分の一例である。この例では、セルロースが２２％、ヘミセルロースが１３％、リグニンが７％、その他の有機成分が３．５％、灰分が４．５％、添加した硫酸塩としての石膏が５０％である。即ち、試料は有機成分が４５．５％で無機成分が５４．５％となる。次に、加熱粉砕された試料に水を添加し、よく攪拌し、固液分離する。この際、液状物として取り出されたものがバイオマス液である。なお、固形物として取り除かれた残渣は廃棄される。バイオマス液には、上述の試料の成分のうち有機成分３２．１％と無機成分１０．９％とが含まれていた。残渣には、試料の成分のうち有機成分１３．４％と無機成分４３．６％とが含まれていた。残渣には、硫酸塩としての石膏の大半が含まれていると考えられる。
【００１５】
次に、図１を用いて、得られたバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造する様子について説明する。図１中の有機成分および無機成分の記載は上述の試料の成分に対するものである。バイオマス系可溶化物の分離製造は、まず、バイオマス液にエタノールなどの貧溶媒を添加してバイオマス系可溶化物を結晶化させて固液分離する。貧溶媒としては、エタノールの他、プロパノールやブタノールなどの低級アルコール、エーテルなどを用いることができる。固液分離により得られた液状物には、水とエタノールの他に若干の有機成分（１１．５％）と無機成分（５．５％）が含まれている。続いて、固液分離により取り出された固形物に純水を添加して攪拌し、固液分離する。固液分離により固形物として取り出されたものは、赤外分光法（ＩＲ）によりリグニンであることを確認した。この固形物には、試料の成分のうち有機成分１０．０％と無機成分０．０％とが含まれており、固液分離により取り出された液状物には有機成分１０．６％と無機成分５．４％とが含まれていた。固液分離により取り出された液状物は、セルロース系可溶化物としてのセロオリゴ糖とヘミセルロース系可溶化物のキシロオリゴ糖が溶解している溶液（以下、可溶化オリゴ糖溶液という）であると考えられる。この可溶化オリゴ糖溶液は、セロオリゴ糖とキシロオリゴ糖の全てを糖化・発酵させてエタノールとすることが可能である。可溶化オリゴ糖溶液は、貧溶媒を添加すればオリゴ糖が結晶化し、固液分離して得られる固体（結晶）に水を添加すれば可溶化オリゴ糖溶液に戻る。実施形態では、可溶化オリゴ糖溶液からエタノールとキシロオリゴ糖とを分離製造するものとした。即ち、可溶化オリゴ糖溶液にセロオリゴ糖については糖化・発酵するがキシロオリゴ糖については糖化・発酵しないセルラーゼ（発酵酵素）を添加して糖化・発酵させ、エタノールとキシロオリゴ糖とを分離製造する。
【００１６】
以上説明した実施形態のバイオマス系可溶化物の分離製造方法では、バイオマス液に貧溶媒を添加して固液分離して得られる固形物に水を添加して固液分離することにより、リグニンを固形物として分離製造することができると共に、糖化・発酵してエタノールを得ることができる可溶化オリゴ糖溶液を液状物として分離製造することができる。また、この可溶化オリゴ糖溶液にセルラーゼを添加して糖化・発酵させることにより、エタノールとキシロオリゴ糖とを分離製造することができる。
【００１７】
本実施形態のバイオマス系可溶化物の分離製造方法では、バイオマスに硫酸塩を添加して加熱粉砕して得られるバイオマス液を用いてバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造するものとしたが、セルロース系可溶化物とヘミセルロース系可溶化物とリグニン系可溶化物とを含有するバイオマス液であれば、如何なる手法により製造されたバイオマス液を用いてバイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造するものとしてもよい。
【００１８】
本実施形態のバイオマス系可溶化物の分離製造方法では、バイオマス液からリグニン系可溶化物と可溶化オリゴ糖溶液とを分離製造した後に、可溶化オリゴ糖溶液からエタノールとキシロオリゴ糖とを分離製造するものとしたが、バイオマス液からリグニン系可溶化物と可溶化オリゴ糖溶液とを分離製造するだけのものとしてもよい。
【００１９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、バイオマス系可溶化物の製造産業などに利用可能である。
【図１】
2017175935.tif 000003
【図２】
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