(57)【要約】【課題】容易かつ安価にセルロースを分解してグルコースを抽出することのできるグルコース抽出方法を提供する。【解決手段】本発明に係るグルコース抽出方法は、セルロースからグルコースを抽出するグルコース抽出方法であって、水Ｗと相溶性のないイオン性液体ＩにセルロースＣを混合した後、セルロースＣを混合したイオン性液体Ｉｃを加熱手段２０で加熱することにより当該セルロースＣを分解してグルコースを得、得られたグルコースを含むイオン性液体Ｉｇと、水Ｗとを接触させることにより、グルコースを含むイオン性液体Ｉｇからグルコースのみを水Ｗに抽出することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースからグルコースを抽出するためのグルコース抽出方法であって、
水と相溶性のないイオン性液体にセルロースを混合した後、前記セルロースを混合したイオン性液体を加熱手段で加熱することにより当該セルロースを分解してグルコースを得、得られた前記グルコースを含むイオン性液体と水とを接触させることにより、前記グルコースを含むイオン性液体から前記グルコースのみを前記水に抽出することを特徴とするグルコース抽出方法。
【請求項２】
前記イオン性液体が塩化ブチルメチルイミダゾリウムであることを特徴とする請求項１に記載のグルコース抽出方法。
【請求項３】
前記加熱手段がマイクロ波加熱装置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のグルコース抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロースを分解して得られたグルコースを抽出するグルコース抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生分解性プラスチックやバイオエタノールなどの原料としてグルコースの使用量が急速に増加してきている。一般的にグルコースは、食用植物由来のデンプン質、つまり、食用原料を酵素分解して得ることが多いが、食品原料を用いることへの抵抗感やバイオエタノールの需要急増を背景に盛んに研究が進められ、地球上に潤沢なセルロースを用いる技術が開発されてきている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、セルロース分解酵素であるセルラーゼを用いてセルロースやセルロース含有物を分解してグルコースを得る旨が記載されている。
また例えば、特許文献２には、リグノセルロース植物性原料に対して所定の処理を行い、セルロースを得た後、これを塩酸または硫酸で処理することによりグルコースを得る旨が記載されている。
さらに例えば、特許文献３には、セルロースを所定の条件の超臨界水または亜臨界水と接触させて加水分解し、グルコースを得る旨が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１６２１９６号公報
【特許文献２】特公昭６３−３６７６０号公報
【特許文献３】特開２００３−２１２８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、セルラーゼを生産するTrichoderma reeseiなどの菌類を培養してセルラーゼを生産させ、必要に応じてこれを抽出して用いなければならないため、得られたグルコースが高価なものとなっていた。また、セルラーゼは使い捨てであるので、毎回セルラーゼを生産させる必要があることから、得られたグルコースが高価なものとなっていた。さらに、セルラーゼを用いたセルロースの分解は、主として酸性にしなければならない点でｐＨの制限があり、また、セルロースの分解に長時間が必要であった。
特許文献２に記載の技術では、硫酸によってセルロースを分解するため、大量の硫酸を使用する必要があり、これの処分が問題となる。
そして、特許文献３に記載の技術では、超臨界水や亜臨界水を用いるので環境に与える影響は少ないが、超臨界水や亜臨界水を作り出すために高温高圧としなければならず、大掛かりな装置が必要になるため、得られたグルコースが高価なものとなっていた。
【０００６】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、容易かつ安価にセルロースを分解してグルコースを抽出することのできるグルコース抽出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】
【０００７】
前記課題を解決した本発明に係るグルコース抽出方法は、セルロースからグルコースを抽出するためのグルコース抽出方法であって、水と相溶性のないイオン性液体にセルロースを混合した後、前記セルロースを混合したイオン性液体を加熱手段で加熱することにより当該セルロースを分解してグルコースを得、得られた前記グルコースを含むイオン性液体と水とを接触させることにより、前記グルコースを含むイオン性液体から前記グルコースのみを前記水に抽出することを特徴としている。
このようにすれば、水と相溶性のないイオン性液体でセルロースを加熱して分解し、当該イオン性液体と水を接触させるだけでグルコースを抽出することができる。
【０００８】
本発明においては、前記イオン性液体が塩化ブチルメチルイミダゾリウムであるのが好ましい。このようにすれば、確実にセルロースを分解してグルコースを抽出することができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記加熱手段がマイクロ波加熱装置であるのが好ましい。このようにすれば、短時間でセルロースを分解することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のグルコース抽出方法によれば、水と相溶性のないイオン性液体を用いるので、容易かつ安価にセルロースを分解し、グルコースを抽出して得ることができる。また、水と相溶性のないイオン性液体を用いるので、水でグルコースを抽出した後に当該イオン性液体を再利用することができ、安価にグルコースを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の特徴は、水と相溶性のないイオン性液体を用いてセルロースを溶解し、溶解したセルロースを分解することで生成したグルコースを水に移して抽出することにある。
【００１２】
次に、図１を参照して、本発明に係るグルコース抽出方法を実施するための最良の形態について説明する。なお、図１は、本発明に係るグルコース抽出方法の手順を説明する説明図である。
【００１３】
本発明に係るグルコース抽出方法は、セルロースからグルコース（単糖類）を抽出するグルコース抽出方法であって、図１（ａ）に示すように、容器１０内に用意された、水Ｗと相溶性のないイオン性液体ＩにセルロースＣを混合した後、同図（ｂ）に示すように、セルロースＣを混合したイオン性液体Ｉｃを加熱手段２０で加熱することにより当該セルロースＣを分解してグルコースを得、同図（ｃ）および（ｄ）に示すように、得られたグルコースを含むイオン性液体Ｉｇと、水Ｗとを接触させることにより、グルコースを含むイオン性液体Ｉｇからグルコースのみを水Ｗに抽出する。以下、これについて詳細に説明する。
【００１４】
ここで、セルロースＣとは、一般的に、分子式（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎで表される炭水化物（多糖類）をいうが、本発明においてはヘミセルロースやリグニンが結合した複合体、あるいは微結晶セルロース（アビセル）が含まれる。
【００１５】
なお、イオン性液体Ｉ（常温溶融塩）は、特定の有機の陽イオンと陰イオンの組み合わせでなり、用いる陽イオンの種類によって、ピリジン系、脂環族アミン系、脂肪族アミン系の３つに大別される。本発明においては、陽イオンとして、イミダゾリウム系、ピリジウム系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系または脂肪族ホスホニウム系を用い、陰イオンとして、ＢＦ４−、ＰＦ６−などの無機イオン系またはＣＦ３ＳＯ２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＯ２−などのフッ素系を用いたイオン性溶液を用いることができる。
【００１６】
具体的には、イミダゾリウム系イオン性液体、ピリジニウム系イオン性液体、脂環式アミン系イオン性液体、脂肪族アミン系イオン性液体、脂肪族ホスホニウム系イオン性液体のうちの１つまたはこれらの中から選択される２つ以上を混合したものを用いることができる。なお、前記したイオン性液体には親水性の高いものも存在するが、本発明においては最終的にグルコースを水に移して抽出し、抽出に用いたイオン性溶液を再利用するため、水と相溶性のないイオン性液体を用いる必要がある。
【００１７】
このようなイオン性液体Ｉとしては、氷点下から４００℃程度まで液体であり、セルロースＣに対する高い溶解性があり、かつ揮発性がなく、毒性が低く、燃えないものであって、好ましくは、セルロース分解温度までイオン性液体Ｉが沸騰せず、イオン性液体ＩにセルロースＣを溶解した状態であっても高温に耐え得るものを好適に用いることができる。このようなイオン性溶液Ｉとしては、例えば、塩化ブチルメチルイミダゾリウムを好適に用いることができる。
【００１８】
図１に戻って説明を続ける。本発明においては、図１（ａ）を参照して前述したように、水と相溶性のないイオン性液体ＩにセルロースＣを混合するが、後に行う加熱手段２０の加熱によるセルロースＣの分解が効率的に行われるよう、例えば、セルロースＣを混合した後にイオン性溶液Ｉを１１０℃程度に加熱し、さらに撹拌するなどして、できるだけセルロースＣをイオン性溶液Ｉに溶解させておくのが好ましい。
【００１９】
次いで、図１（ｂ）を参照して前述したように、セルロースを混合したイオン性液体Ｉｃを加熱手段２０で加熱することにより、これに含まれるセルロースＣ（図１（ｂ）には図示せず）を分解（熱分解）してグルコースを得る。なお、かかる加熱手段２０としては、マイクロ波加熱装置を用いるのが好ましい。マイクロ波加熱装置を用いてマイクロ波加熱を行うと、短時間でイオン性溶液Ｉを加熱することができるため、セルロースＣをより早く分解することが可能となる。ここで、加熱手段２０によってイオン性溶液Ｉｃを加熱する際は、蒸発したイオン性液体Ｉを回収する必要があるため装置が大掛かりとなり、また、蒸発や突沸による減量によりセルロースの溶解量が減少してしまうおそれがあるので、イオン性溶液Ｉｃが沸騰しないように制御するのが好ましい。用いるイオン性溶液Ｉの種類や液量にもよるが、例えば、数秒から数十秒単位で数回から数十回に分けて加熱手段２０によって加熱するとよく、最適な条件は予め実験等して確認しておくのが好ましい。なお、本発明における加熱手段２０はマイクロ波加熱装置に限定されるものではなく、例えば、ヒーター加熱、誘導加熱、誘電加熱などを用いることができる。
【００２０】
ここで、セルロースＣの供給源として、例えば、さとうきびの絞りかすや稲藁などの植物性の食品原料の廃材や、廃木材を用いた場合は、イオン性溶液ＩにセルロースＣの供給源となるこれらの残渣が残存することが考えられる。このような残渣があると、水Ｗと接触させてグルコースを抽出する際の阻害要因となるおそれがあるので、当該残渣を濾別して取り除いておくのが好ましい。
【００２１】
次いで、図１（ｃ）を参照して前述したように、グルコースを含むイオン性溶液Ｉｇに水Ｗを加えるなどして、グルコースを含むイオン性溶液Ｉｇと、水Ｗとを接触させる。これにより、水Ｗに溶けやすいグルコースがイオン性溶液Ｉｇから水Ｗに抽出されるため、グルコースのみを抽出することができる。なお、セルロースＣは水Ｗに不溶であるため、水Ｗに含まれることはない。また、前記したように、本発明で用いるイオン性溶液Ｉは、水Ｗと相溶性のないものを用いているので、これも水Ｗに含まれるおそれはない。
【００２２】
ここで、グルコースを含むイオン性溶液Ｉｇと、水Ｗとの接触は、グルコースの抽出を迅速かつ確実に行わせるため、適宜の撹拌手段によって激しく撹拌させるのが好ましい。
【００２３】
次いで、図１（ｄ）を参照して前述したように、グルコースが抽出されて、グルコースを含まなくなったイオン性溶液Ｉ’と、グルコースが抽出されて、グルコースが含まれることとなった水Ｗｇとを分離させ、当該グルコースが含まれることとなった水Ｗｇのみを得ることにより、グルコースを抽出することができる。
なお、イオン性溶液Ｉと水Ｗｇの分離は、比重の違いを利用して静置しておくことにより行うことが可能であるが、短時間かつ確実な分離を行うために遠心分離機による遠心分離を行うのが好ましい。そして、必要に応じて、水Ｗを蒸発させるなどの常法により、水Ｗｇからグルコースを単離して、固体あるいは粒体等の固形物として得てもよい。
【００２４】
グルコースが抽出されてグルコースを含まなくなったイオン性溶液Ｉ’は、回収された後、イオン性溶液Ｉ（図１（ａ）参照）として、再びセルロースＣを分解し、グルコースを抽出するために再利用することができる。
【００２５】
以上に説明したように、本発明に係るグルコース抽出方法によれば、例えば、硫酸等を使用せず、高温高圧とする必要がなく、また、長時間反応させる必要がないなど、従来よりもマイルドな条件でセルロースを分解してグルコースを抽出することができる。つまり、従来よりも容易かつ安価にセルロースを分解してグルコースを抽出することができる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
水に相溶しないイオン性液体として塩化ブチルメチルイミダゾリウム（Acros Organics社製）１０ｇに、セルロースとして微結晶セルロースであるＡｖｉｃｅｌ（Merck社製）１ｇを混ぜた後、１１０℃で溶解した。これをマイクロ波加熱装置として一般家庭用電子レンジ（シャープ社製RE-M14（定格５００Ｗ））にかけて、Ａｖｉｃｅｌを含む塩化ブチルメチルイミダゾリウムが沸騰しないよう、１０秒単位で１０回マイクロ波加熱を行った。
その後、Ａｖｉｃｅｌを含む塩化ブチルメチルイミダゾリウムに蒸留水５ｍＬを加え、ボルテックスミキサー（Scientific Industries. Inc社製Vortex Genie2）で１分間、激しく撹拌した。その後、遠心分離機（久保田商事社製KUBOTA6200）にて１５０００ｒｐｍ、２分間遠心分離してイオン性液体と水を分離した。
【００２７】
分離した水２０μＬに、グルコース検出試薬であるグルコースＣII−テスト（和光純薬社製）を３ｍＬ加え、３５℃で５分間反応させ、分光光度計（島津製作所社製UVmini1240）で吸光度を測定したところ、０．０５％の濃度でグルコースが含まれていることを確認することができた。なお、水を分離した後のイオン性液体は再利用できる状態であることも確認することができた。
【００２８】
以上、本発明のグルコース抽出方法について、発明を実施するための最良の形態および実施例により詳細に説明したが、本発明の趣旨はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るグルコース抽出方法の手順を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    容器
２０    加熱手段
Ｃ      セルロース
Ｉ      イオン性液体
Ｉｃ    セルロースを混合したイオン性液体
Ｉｇ    グルコースを含むイオン性液体
Ｗ      水
Ｗｇ    グルコースを含む水
【図１】
2009159904.tif 000003