(57)【要約】【課題】草本系バイオマスを酵素加水分解する前に行う前処理方法であって、前処理により生成した糖の過分解を抑え、高圧装置が不要で、かつ低コストで収率よく糖を得るための草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法及びパームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法を提供する。【解決手段】草本系バイオマスの酵素加水分解処理前に行う前処理方法であって、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムのうちいずれか一つの水酸化物を含み濃度を０．２重量％以上１重量％未満とする水酸化物水溶液によりアルカリ処理するアルカリ処理工程を有している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
草本系バイオマスの酵素加水分解処理前に行う前処理方法であって、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムのうちいずれか一つの水酸化物を含み濃度を０．２重量％以上１重量％未満とする水酸化物水溶液によりアルカリ処理するアルカリ処理工程を有することを特徴とする草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法。
【請求項２】
水酸化物水溶液の温度は常温であることを特徴とする請求項１に記載の草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法。
【請求項３】
水酸化物水溶液の温度は６０〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一つの前処理方法で行う前処理工程と、
前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程と、
固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程と、
酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程と、
を有することを特徴とする草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法。
【請求項５】
前処理工程の前に草本系バイオマスを粉砕する前粉砕工程又は前処理工程の後に草本系バイオマスの反応物を粉砕する後粉砕工程を有することを特徴とする請求項４に記載の草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のうちいずれか一つの前処理方法で行う前処理と草本系バイオマスを粉砕する粉砕処理とを同時に行う前処理・粉砕工程と、
前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程と、
固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程と、
酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程と、
を有することを特徴とする草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法。
【請求項７】
パームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法であって、
パームヤシ果房を蒸煮する蒸煮工程と、
蒸煮工程の後にパームヤシ果房からヤシ実を取り出しパームヤシ空果房を得る工程と、
パームヤシ空果房を粉砕する工程と、
請求項１乃至３のうちいずれかの前処理方法で行う前処理又は６０〜１００℃で蒸煮する前処理を行う前処理工程と、
前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程と、
固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程と、
酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程と、
を有することを特徴とするパームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法及びパームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物由来の有機性資源であるバイオマスは、生物が太陽エネルギーを使って水と二酸化炭素から生成するものなので、持続的に再生可能な資源である。該バイオマスから製造されるバイオマスエタノールは、再生可能な自然エネルギーであること、および、その燃焼によって大気中の二酸化炭素量を増やさない点から、エネルギー源としての将来性が期待されている。
【０００３】
そのため、バガス（サトウキビから糖液を搾汁した繊維残渣）や稲わら、木材チップなどのバイオマスからエタノールを製造し、エネルギーや化学原料として利用する試みが内外で進められている。原料としては種々のバイオマスが使用されるが、これまで燃料として用いられるか、廃棄されていたが、将来的に有用な資源として利用可能な木質バイオマスのようなリグノセルロースバイオマスが注目されている。リグノセルロースは、植物の茎葉等の主成分であり、主にセルロース、ヘミセルロース及びリグニンから構成されており、セルロース及びヘミセルロースを主成分とする繊維細胞がリグニンを主成分とする細胞間層によって結合されている。
【０００４】
セルロースは、グルコースなど単糖が多数直鎖状に結合した比較的安定な高分子であり強い結晶性を有している。ヘミセルロースも単糖が多数直鎖状に結合した高分子であるが、その結合がセルロースのように規則的でなく、分解しやすい。リグニンは主にベンゼン核を有する不定形の高分子である。
【０００５】
リグノセルロースから単糖を生成しこれを発酵させてエタノールを製造するには、セルロース、ヘミセルロースを単糖まで分解（糖化）する必要がある。セルロース、ヘミセルロースはリグニンなど強固な構造に囲まれており、またセルロースの結晶性が強いため、リグノセルロースを分解するのは容易でなく、分解糖化方法が種々検討されている。リグノセルロースの分解糖化方法の一つとして、硫酸法がある。該硫酸法は、濃硫酸または希硫酸を用いてセルロースを加水分解し、リグノセルロースからグルコースを得る方法である。しかしながら、硫酸はセルロースやヘミセルロースをグルコースなど単糖に分解するだけではなく、さらに生成した単糖を過分解してしまうので、最終的な糖の収率が低下するという問題がある。
【０００６】
硫酸法以外のリグノセルロースの分解糖化方法として酵素加水分解法がある。これは、温和な条件でセルロースなどをセルラーゼなどの酵素で加水分解糖化する方法であって、単糖の過分解を抑制できる。酵素加水分解法では酵素とセルロースやヘミセルロースを有効に反応させるために前処理が必要である。すなわち、セルロース及びヘミセルロースを結合しているリグニンをリグノセルロースから分解除去し、また、セルロースの結晶性を弱くする前処理を行う必要がある。
【０００７】
酵素加水分解の前処理方法としては、アルカリ法（特許文献１参照）、加圧熱水法（特許文献２参照）が挙げられる。特許文献１では、アルカリ法として、木材オガ粉を主とするキノコ廃菌床を濃度１％以上のアルカリ溶液で前処理することが開示されている。特許文献２では、加圧熱水法として、廃建材を蒸煮又はスチーミングする前処理が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２０６０３
【特許文献２】特開２００４−８９０１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
リグノセルロース系バイオマスは、木質系バイオマスと草本系バイオマスに分けられ、構成成分が異なる。木材チップや廃木材など木質系バイオマスは、その構成成分がセルロース５０％程度、ヘミセルロース１５％程度、リグニン３０％程度であり、リグニンの比率が大きいので、該リグニンをどのように分解除去するかが酵素加水分解の前処理のポイントとなる。これに対し、バガス、稲わら、籾殻、パームヤシ空果房（パームヤシのヤシ実を取った空果房、ＥＦＢ）など草本系バイオマスは、その構成成分がセルロース５０％程度、ヘミセルロース３０％程度、リグニン１５％程度であり、リグニンが少なくヘミセルロース含有量が高いので、該ヘミセルロースを効率的に利用できるようにすることが酵素加水分解の前処理のポイントとなる。
【０００９】
特許文献１、２の前処理方法は木質系バイオマスの前処理方法であって、草本系バイオマスに適用すると次のような問題が生じる。
【００１０】
パームヤシ空果房、稲わら、バガスなど草本系バイオマスから酵素加水分解により糖を生成する場合には、上述したように、含有率が３０％にものぼるヘミセルロースを有効に利用することが重要である。ヘミセルロースは、セルロースに比べて結晶性が弱く分解性が異なり、セルロースより分解されやすいヘミセルロースは、特許文献１の木質系バイオマスを濃度１％以上のアルカリ溶液で分解する前処理条件では、ヘミセルロースの分解により生成した糖が過分解されてしまうため全体としての糖の回収率が低くなってしまう。さりとて、前処理条件が緩やか過ぎると、リグニンの分解やセルロースの結晶性を脆化することが不十分なままになるため、前処理後の酵素加水分解糖化が進まないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２の蒸煮又はスチーミングする前処理では、高温・高圧で処理するために高圧装置が必要であり、前処理のための設備費用、運転費用が嵩むという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、草本系バイオマスを酵素加水分解する前に行う前処理方法であって、前処理によりヘミセルロースから生成した糖の過分解を抑え、高圧装置が不要で、かつ低コストで収率よく糖を得るための草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法及びパームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、上記課題は、草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法及びパームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法に関し、次のように達成される。
【００１４】
＜草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法＞
本発明によれば、上記課題は、草本系バイオマスの酵素加水分解処理前に行う前処理方法に関しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムのうちいずれか一つの水酸化物を含み濃度を０．２重量％以上１重量％未満とする水酸化物水溶液によりアルカリ処理するアルカリ処理工程を有することにより達成される。
【００１５】
本発明では、水酸化物水溶液の濃度を０．２重量％以上１重量％未満とすることで、リグニンを分解し、セルロースの結晶性を適切に弱くする。水酸化物水溶液の濃度をこの範囲とした理由は、水酸化物水溶液濃度が０．２重量％未満であるとリグニンの分解やセルロースの結晶性の脆化が進まないし、１重量％以上ではヘミセルロースの分解により生成した糖が過分解されるので不適となるからである。
【００１６】
＜草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法＞
本発明によれば、上記課題は、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法に関しては、上述した前処理方法で行う前処理工程と、前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程と、固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程と、酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程とを有することにより達成される。
【００１７】
また、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法に関しては、上述した前処理工程の前に草本系バイオマスを粉砕する前粉砕工程又は上述した前処理工程の後に草本系バイオマスの反応物を粉砕する後粉砕工程を有することによっても達成される。
【００１８】
また、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法に関しては、上述した前処理方法で行う前処理と草本系バイオマスを粉砕する粉砕処理とを同時に行う前処理・粉砕工程と、前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程と、固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程と、酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程とを有することによっても達成される。
【００１９】
＜パームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法＞
さらに、本発明によれば、上記課題は、パームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法に関しては、パームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法であって、パームヤシ果房を蒸煮する蒸煮工程と、蒸煮工程の後にパームヤシ果房からヤシ実を取り出しパームヤシ空果房を得る工程と、パームヤシ空果房を粉砕する工程と、請求項１乃至３のうちいずれかの前処理方法で行う前処理又は６０〜１００℃で蒸煮する前処理を行う前処理工程と、前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程と、固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程と、酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程とを有するにより達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、前処理の段階にて、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムのうちいずれか一つの水酸化物を含み濃度を０．２重量％以上1重量％未満とする水酸化物水溶液によりアルカリ処理することによって、該前処理は緩やかな条件で行われる。これによって、リグニンを分解すると共に、セルロースの結晶性を弱くし、しかも、草本系バイオマスのリグノセルロースのうち多く含有されるヘミセルロースの過分解を抑制でき、酵素加水分解における糖の収率を向上させ、続く発酵でのエタノール収率の向上を達成することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、低濃度の水酸化物水溶液を用いて前処理を行うので、スチーミング処理では必要である加温・加圧を要しないため、高価な設備や高いランニングコストが必要なく、コストを抑制できる。さらに、この発明によれば、草本系バイオマス、特にパームヤシ空果房の生産工程においては、緩やかな条件で酵素加水分解処理の前処理ができるので、低エネルギーかつ低薬剤コストで、ヘミセルロースの過分解を抑制した糖の生成を可能とし、また、エタノールを低コストで得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムのうちいずれか一つの水酸化物の水溶液により草本系バイオマス原料を分解するアルカリ処理工程を含み、水酸化物水溶液の濃度は、０．２重量％以上１重量％未満とすることが好ましい。これによって、草本系バイオマスに多く含有されるヘミセルロースの分解により生成した糖の過分解を回避して、リグニンを分解し、セルロースの結晶性を適切に弱くして、酵素加水分解後の糖の収率を高くすることができる。
【００２３】
本実施形態では、草本系バイオマスを原料とし、本発明の前処理方法を含むエタノールの製造方法を説明する。該製造方法は、草本系バイオマス原料を粉砕する粉砕工程、上記前処理方法で行う前処理工程、前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程、固液分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程、及び酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程を有する。
【００２４】
まず、本実施形態の概要を説明する。本実施形態では、水酸化物として水酸化ナトリウムを用いる。
【００２５】
まず、粉砕工程において、草本系バイオマス原料が粉砕される。これにより、後の前処理工程にて草本系バイオマス原料と水酸化ナトリウム水溶液との接触が良好となり、該草本系バイオマス原料の分解反応が進み易くなる。
【００２６】
次に、前処理工程において、水酸化ナトリウム水溶液により、草本系バイオマス原料のリグノセルロースのうちセルロースやヘミセルロースを結合しているリグニンが分解され、また、セルロースの結晶性が脆化される。このリグニンの分解とセルロースの結晶性脆化によって、後の酵素加水分解工程でセルロースやヘミセルロースが加水分解されやすくなる。本実施形態では、前処理工程において、ヘミセルロースの分解により生成した糖が過分解されないように、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を０．２重量％以上１重量％未満とする。
【００２７】
固液分離工程において、セルロースやヘミセルロースを含む固形物と、リグニン分解物を含む液体とに分離する。固形物は、後の酵素加水分解工程において糖へと加水分解される。さらに、その後の発酵工程において該糖からエタノールが製造される。
【００２８】
次に、本実施形態の各工程を説明する。
【００２９】
＜粉砕工程＞
セルロースは繊維状のものが集合して結晶化した構造を形成し、この結晶化した構造が集まってミクロフィブリルを形成している。また、セルロースにはリグニンが強固に結合している。このため、セルロースの酵素加水分解が困難であるので、セルロースの結晶化の程度を下げる必要がある。そこで、酵素加水分解の前処理の前に草本系バイオマス原料を粉砕処理することにより、草本系バイオマス原料と水酸化ナトリウム水溶液との接触を良好にすると共に、セルロースを微細化して結晶性を低下させ、前処理工程におけるアルカリによる分解反応や結晶性脆化反応を促進させ、さらに酵素加水分解反応を促進することができる。
【００３０】
粉砕工程では、草本系バイオマス原料を３０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下の大きさに粉砕する。粉砕後のサイズはできるだけ小さい方が前処理工程における前処理の効率が高くなるが、粉砕サイズを小さくする分、粉砕のための所要エネルギーも大きくなる。かかる観点から、適正な粉砕サイズが存在するので、上記の粉砕サイズに粉砕することが好ましい。
粉砕の手段としては、機械的粉砕またはメカノケミカル処理が有効であり、具体的には、グランダー、カッターミル、振動ボールミル、回転ボールミル、遊星型ボールミル、ロールミル、ディスクミル、ホモミキサーなどがあげられ、いずれを用いてもよい。
【００３１】
粉砕工程は、アルカリ剤による前処理よりも前に実施してもよいし、アルカリ剤による前処理工程後に実施してもよい。また、粉砕時にアルカリ剤を添加することにより、粉砕処理と前処理とを同時に実施してもよい。粉砕処理と前処理とを同時に実施する場合には、アルカリ剤として粉末状の水酸化物を添加してもよい。このようにすることにより粉砕処理の効率を低下させることなく、前処理と粉砕処理を同時に実施することができる。
【００３２】
＜前処理工程＞
粉砕した草本系バイオマス原料を水酸化ナトリウム水溶液中でアルカリ処理する。水酸化ナトリウム水溶液の重量は原料重量に対し１〜５倍がよい。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は０．２重量％以上１重量％未満とする。
【００３３】
水酸化ナトリウム水溶液濃度が０．２重量％未満ではリグニンの分解とセルロースの結晶性脆化が進まず、１重量％以上ではヘミセルロースの分解により生成した糖が過分解されてしまう。したがって、０．２重量％未満の濃度及び１重量％以上の濃度は不適である。
【００３４】
前処理における水酸化ナトリウム水溶液の温度は、リグニンの分解反応やセルロースの結晶性脆化反応を進行させるという点では常温でもよいが、さらに分解反応や脆化反応を促進させるためには６０℃から１００℃とすることが好ましい。水酸化ナトリウム水溶液の温度が６０℃より高いと、６０℃未満の場合に比べてリグニン分解反応やセルロース結晶性脆化反応が格段に進むことが確認されている。水酸化ナトリウム水溶液の温度が１００℃を超えた状態で前処理を行うためには、高温・高圧処理装置が必要となり、設備費用、運転費用が嵩み不適である。
【００３５】
前処理時間は、１０分から６０分が好ましい。１０分より短時間では前処理が不十分で、後工程としての酵素加水分解工程での糖化が進行しない。また、６０分より長時間前処理を行っても、リグニンの分解やセルロースの結晶性脆化の程度は変わらないうえ、６０分より長時間前処理するとかえって処理コストがかかるので不適だからである。
【００３６】
アルカリ処理において、アルカリ剤としては、水酸化ナトリウムのほかに、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物を用いてもよく、また、水酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物を用いてもよい。
【００３７】
アルカリ金属の水酸化物やアルカリ土類金属の水酸化物の水溶液は、その濃度範囲が水酸化ナトリウムと同程度で、０．２重量％以上１重量％未満の範囲が好ましい。
【００３８】
また、アルカリ剤として水酸化物の代わりにアンモニア水や四級アンモニウム塩、炭酸アンモニウムなどのアンモニウム塩を用いてもよい。この場合には好ましい濃度範囲は水酸化物に比べて高くなる。
【００３９】
＜固液分離工程＞
草本系バイオマスを前処理した後、固液分離して、結晶性が脆化されたセルロースやヘミセルロースを含む固形物とリグニン分解物を含む液体とに分離する。これにより、リグニン分解物などの不純物を除去し、糖の原料となる結晶性が脆化されたセルロースならびにヘミセルロースを取り出すことができる。固液分離の手段としては、自然ろ過、吸引ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過などのろ過法や、遠心分離法があげられ、いずれの手段を用いてもよい。固液分離工程の後に酵素加水分解工程を実施する前には、固形物を洗浄し、ｐＨを酵素加水分解反応に適した弱酸性にしておくことが好ましい。
【００４０】
＜酵素加水分解工程＞
固液分離工程で得られた固形物を懸濁した液に酵素を添加し、セルロースやヘミセルロースを含む固形物を酵素加水分解して糖化する。前処理と固液分離によりリグニンが分解除去され、セルロースの結晶性が脆化されているので、固形物中のセルロースとヘミセルロースは酵素により加水分解されやすくなっている。酵素加水分解工程には、セルラーゼやヘミセルラーゼといった分離生成された酵素を用いてもよいし、酵素を生産するカビなどの微生物を用いてでもよい。具体的には、例えば、固形物を懸濁した液にセルラーゼを添加し、攪拌しながら、例えばｐＨ４〜６、３０〜６０℃で、１０〜１２０時間反応させる。該セルラーゼによって加水分解された液にはセルロース由来の糖であるグルコースと、ヘミセルロース由来の糖であるグルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノース等が含まれることとなる。
【００４１】
＜発酵工程＞
加水分解後の糖液に窒素、リンを含む栄養源とエタノール発酵微生物を添加し、糖をエタノールに変換する。エタノール発酵微生物としては、酵母および細菌のいずれを用いてもよい。酵母としては、Saccharomyces cereviciae、Shizosaccharomyces pombe、Zygosaccharomyces rouxii、Pichia stipitisなど、細菌としては、Zymomonas mobilisなどが挙げられる。
【００４２】
このように本実施形態に係る草本系バイオマスの前処理方法を用いると、草本系バイオマスに多く含有されるヘミセルロースの分解により生成した糖の過分解を回避して、酵素加水分解後の糖の収率を高くすることができる。従って、草本系バイオマスを原料とする合計糖収量が増加し、これによって、糖を発酵させて製造するエタノールの収率をも向上させることができる。
【００４３】
＜パームヤシ空果房からのエタノール製造＞
次に、草本系バイオマスとしてパームヤシ空果房を用いたときのエタノール製造について説明する。パームヤシ空果房（ＥＦＢ）はパーム油を製造する際に大量に発生するものであるが、これまでバイオマス原料として利用が検討されていなかった。パームヤシからの搾油にあたって、まずパームヤシ果房（ＦＦＢ）は蒸気を使って蒸煮される。これはＦＦＢからヤシ実を取り易くすると同時にリパーゼ等の酵素を失活させ、パーム油の劣化を防止するためである。次に、ＦＦＢから取られたヤシ実を搾汁しパーム油を搾る。ＦＦＢからヤシ実が分離され廃棄されるのがパームヤシ空果房（ＥＦＢ）である。蒸煮されたＥＦＢは、含水率６５％程度と水分が多く、燃料として利用するには不適であるので、有効利用されずに廃棄されることが多かった。
【００４４】
本発明では、パーム油製造プロセスに連携して、パームヤシ空果房を利用することによりエタノールを製造するプロセスを組み立てることを検討した。この製造プロセスにおける前処理工程は、パームヤシからパーム油を生産する際にＥＦＢが取り出される工程に続けて行われることが好ましい。
【００４５】
上記製造プロセスは、以下の工程を経て実施される。
（１）パームヤシ果房を蒸煮する蒸煮工程、
（２）蒸煮工程の後にパームヤシ果房からパームヤシ実を取り出しパームヤシ空果房を得る工程、
（３）パームヤシ空果房を粉砕する工程、
（４）０．２〜１重量％濃度の水酸化ナトリウム水溶液（温度：常温または６０〜１００℃）によるアルカリ処理又は６０〜１００℃に蒸煮する前処理を行う前処理工程、
（５）前処理工程の反応物を固液分離する固液分離工程、
（６）固液分離により分離された固形物を酵素加水分解して糖を生成する酵素加水分解工程
（７）酵素加水分解により生成された糖を発酵してエタノールを製造する発酵工程
搾油工程で分離されたＥＦＢは蒸煮されていたため温度が高くなっており、前処理工程において、さらに加熱することが不要であるか、または少なくてよいため、前処理のためのエネルギーを節約できる。上述の製造プロセスによれば、糖を生産する酵素糖化処理に、これまで廃棄物であったＥＦＢを供することができ、さらにエタノールを製造することができる。また、前処理のための熱エネルギーとして、パームヤシ果房を蒸煮する蒸煮工程で使われた熱エネルギーを有効的に利用することができる。
【００４６】
本実施形態では、前処理方法として水酸化ナトリウム水溶液を用いたが、それに代えて、６０〜１００℃の温水を用いて前処理を行ってもよい。このように、６０〜１００℃の温水を用いることにより、水酸化ナトリウム水溶液を用いる場合に比べてリグニン分解反応やセルロース脆化反応の速度は低いながらも、適切な時間で前処理することにより、高温高圧装置も薬剤も不要な低コストの前処理を行うことができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。
【００４８】
本実施例では、草本系バイオマス原料としてパームヤシ空果房（ＥＦＢ）を用い、ボールミルで１０ｍｍ以下の大きさに粉砕して、原料重量に対し５倍の重量の水酸化ナトリウム水溶液中で濃度、温度の条件を変えて前処理を行い、前処理した反応物を吸引ろ過し、ろ過した残渣の前処理固形物を酵素加水分解工程に供した。酵素加水分解処理はセルラーゼ酵素としてメイセラーゼ溶液を使用し、０．１M酢酸バッファー（ｐＨ４．５）中４０℃で２４時間処理した。そして、酵素加水分解処理物を吸引ろ過し、ろ液中の糖をソモジーネルソン法で分析し、ＥＦＢ（乾物）原料１００ｇあたりの糖収量を求めた。
【００４９】
水酸化ナトリウム水溶液の濃度は、本発明の濃度範囲とその範囲より小さいか大きい濃度として、０、０．０５、０．１、０．２、０．４、０．８、０．９、１、１．５、２重量％とし、処理温度は２０、６０℃とした。
【００５０】
上記のパームヤシ空果房から糖を製造する試験の結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2009125050.tif 000002
【００５２】
草本系バイオマスからエタノールを製造する場合、原料１００ｇあたりの糖収量が３５ｇ以上であれば、工業的に効率のよいプロセスと言われているので、これを基準に上記試験結果を評価することとする。
【００５３】
表１に示すように、温度２０℃および６０℃のそれぞれにおいて、水酸化ナトリウム水溶液の濃度が０．２重量％以上１重量％未満の範囲にて原料１００ｇあたりの糖収量が３５ｇ以上となった。また、０．２重量％未満ではリグニンの分解とセルロースの結晶性脆化が進まず、１重量％以上の濃度ではヘミセルロースの分解により生成した糖が過分解され、酵素加水分解処理後の糖収量が低くなることが確認された。
【００５４】
また、温度に関しては、６０℃の場合が、２０℃の場合と比べて糖の収率がやや高くなった。しかし、水酸化ナトリウム水溶液の処理温度が高くなるにつれヘミセルロースの分解により生成した糖の過分解が進むため、リグニン分解とセルロース脆化によりセルロースからの酵素加水分解処理効率は高くなるものの、全体として糖の収量はあまり増加しなかった。
【００５５】
水酸化ナトリウムの代わりに、水酸化カリウム、水酸化カルシウムを用いて前処理を行なった場合にも、同様の結果が得られ、水酸化カリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液の好ましい濃度範囲は水酸化ナトリウムと同程度で、０．２重量％以上１重量％未満の範囲が好ましい。