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あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2013

研 究 ノート

各種バイオマス原料を用いたバイオエタノール試作に関する検討森川

豊＊１、伊藤雅子＊１

Study of Bio-ethanol Trial Production Made from Various Biomasses
Yutaka MORIKAWA* 1 and Masako ITO* 1
Industrial Research Center* 1
知多地区等の未利用バイオマスを原料としたバイオエタノール製造の効率化を目的に、当センター特許
技術シーズを用いた湿式粉砕処理、酵素糖化試験を行い、従来法との比較を行った。当センターが開発した 湿 式 粉 砕 技 術 で ス ギ 、 タ ケ 及 び ト マ ト の 茎 を 粉 砕 し た と こ ろ 、 180℃ の 加 熱 条 件 で 湿 式 粉 砕 し た ト マ トの茎及びスギは、表面積が大きい繊維状になった。また、これらの試料を酵素糖化したところ、α－セルロース分解率が乾式粉砕品に比べ大きく向上した。さらに、タケを用いて当センターが開発した酢酸メチル中での酵素糖化試験を行い、生成したグルコースなどの糖を少量の水で抽出したところ、従来の水中酵
素 糖 化 に 比 べ 、 全 糖 が 約 13.9 倍 の 高 濃 度 の 糖 液 が 回 収 で き た 。

１．はじめに

2.2 湿式粉砕処理

知多地区では、未利用の豊富なバイオマス資源の有効

吉田機械興業社製の湿式粉砕機を用いた既報の方法に活用を目的に、地域内循環システムを目指した様々な実より湿式粉砕を行った 1)2)。なお、イオン交換水に 1wt%証試験を行っている。耕作放棄地を利用した事業としての割合に混濁したバイオマス混濁液を用い、圧力は、家畜排せつ物のメタン発酵、メタン発酵消化液によ180MPa で処理した。

る資源作物栽培、資源作物と食品廃棄物等を原料とした

2.3 酵素糖化

バイオエタノール及び家畜飼料の製造、地産飼料で育て

三角フラスコに試料を投入し、121℃で 15 分間殺菌処理した。冷却後、三角フラスコに酵素を無菌的に投入たエコ畜産物のブランド化などがある。
本研究では、上記実証試験のうちバイオエタノール製し、50℃の環境下において 180rpm で 48 時間振とう、造事業について、当センター保有新規技術の事業化可能反応させた。なお、セルロース糖化用酵素には、セルラ性に関する優位性調査を行った。具体的には、知多地区

ーゼ A「アマノ」3、セルラーゼ T「アマノ」4、及びヘ由来のバイオマスを原料として、当センター保有特許のミセルラーゼ「アマノ」90（全て、天野エンザイム社製）

湿式粉砕技術 1)2)を用いたバイオマスの酵素糖化率の向を用い、試料 1g に対して、各々20mg の酵素を使用し3)た。なお、酢酸メチル中の酵素糖化試験は 既報 3)に準上、及び有機溶媒糖化を用いた高濃度糖化液回収技術を用いた試験を行い、他技術との比較を行った。

じて行った。すなわち、竹粉砕品を 0.5%(w/w)となるよう 200mL の酢酸メチル中で酵素反応させた。反応後、２．実験方法

生成した糖類を試料の約 3 倍の質量の水で回収した。

2.1 試料バイオマスの試料として知多半島産のタケ、トマトの茎及び三重県産のスギを用いた。また、リグニンを含ま®

３．実験結果及び考察
3.1 成分分析

ない結晶性セルロースのセオラス（旭化成ケミカルズ社

バイオマスの成分分析を行った結果を表１に示す。エ製）を対照の試料として使用した。乾式粉砕後に 500μタノールの原料となるホロセルロースやα－セルロース

m 以下の篩下画分を用いた。なお、各試料の成分分析はが、タケ中に各々49.4%、30.6%と他の材料より多かっ

１）

既報 に準じて行った。

た。また、酵素糖化の阻害となるリグニンはトマトの茎で 9.6%と少ないことが確認され、リグニン除去など前処＊

1 産業技術センター

環境材料室

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理工程が少ななくできる可能能性が示唆されれた。また、 トマ
トの茎は水耕耕栽培品でありり、肥料由来と思われる灰分分が23.1%と特徴徴的に多かった
た。さらに、アアルコールベ ンゼ
ン抽出成分もも 5.3%と多かかった。
表１

成分
分分析結果

成 分
灰 分
ア
アルコール・ベンンゼン抽出成分
ホホロセルロース
α－セルロース
リグニン

タケ
1.1
0.6
49.4
30.6
18.4

表２試料

スギ
ギ
0.4
2.3
43.9
25.4
28.0

ホロセルロース２
分解率（％）

12.4

－3

湿式粉
粉砕・常温5回

29.0－

湿式粉粉砕・180℃・5回

49.7

－

乾式粉粉砕

11.7

15.1

湿式粉粉砕・常温5回

13.2

16.1

乾式粉粉砕

7.1

20.7

湿式粉粉砕・常温5回

20.2

33.2

湿式粉粉砕・180℃・5回

27.6

41.9

乾式粉粉砕

13.8

13.0

粉砕
結晶性セルロース 乾式粉

トマトの茎

スギ
123

砕
3.2 湿式粉砕

α－セルロース１
分解率（％）

粉砕方方法

タケ

トマ
マトの茎
223.1
5.3
441.8
220.89.6

糖化試
試験結果

湿式粉
粉砕・180℃・5回
30.1
α－－セルロースに対すする48時間後に生成ししたグルコースの割割合
ホロ
ロセルロースに対すする48時間後に生成しした全糖の割合
試料料は全てα－セルロースのため未測定

49.5

乾式粉砕しした試料を水とと混濁し湿式粉粉砕した。処理
理温
度を 180℃ににすると、粉砕
砕後の試料の分分散性は大き く向3.3 酵素糖化上し、数日静静置しても容易易に沈殿しなくなった。粉砕
砕後

酢酸メチル中で酢で酵素糖化し、、得られた糖を水抽出した
たのバイオマスス試料（タケ、スギ）の SE
EM 像を図１ に示試験
験結果を従来法の水中でのの糖化結果と共共に示す（表表

比べす。乾式粉砕
砕試料がブロッック状（塊状））であるのに比３）。水中の酵素素糖化では、試試料粘性を下げるために投投て湿式粉砕しした試料は、裂けたような形裂形状が観察されれた。

した水によりググルコース及びび全糖濃度が下がり、各々入し特に 180℃でで加熱した試料料は細い繊維状状に変化した。
。な

0.277mg/mL、0.554mg/mL でああった。一方で、酢酸メチ
チ

最もお、室温粉砕
砕時の形状変化化は、結晶性セセルロースが最ル中中での酵素糖化化後の水抽出試試験では、各々々4.20mg/mL
L大きく、タケケが最も小さかかった。タケははセルロース繊繊維（15.6 倍）、7.52mmg/mL（13.9 倍）と濃度が高くなった。

長が長いこととが知られておおり、粉砕時のの形状変化は、、リ

表３
表

水中及び有機溶媒中中でのタケの糖糖化試験結果
１
反応溶媒媒
グルコ
コース
全糖１（mmg/mL)（mg/mL)
0.54
水0.
.27
２7.52
4.
.20
ル
酢酸メチル

グニン量やセセルロース繊維維長などの影響響が考えられ る。

ab1230μm

反応48時間間後の濃度
回収した水
水中濃度

30μμm

結び４．結
知多地区等のバ
知バイオマスを用用いたバイオエタノール生
生

cd

産のの効率化を目的的として、当セセンターがこれまでに開発発し保保有している特特許技術を応用用した。湿式粉砕及び有機機
溶媒媒中での酵素糖糖化のいずれのの特許技術を用いた場合ににおいいても、従来技技術に比べ生産産効率の向上が図れる優位
位

50μm

50μμm

ａ：タ
タケ乾式粉砕ｂ：タケ湿式粉砕（室温温）ｃ：ス
スギ乾式粉砕ｄ：スギ湿式粉砕（180℃℃）

図１

オマス試料の SEM 像
バイオ性がが確認された。

付記
記
本研究は、農林本
林水産省緑と 水の環境技術術革命プロジェク
クト事業にて実実施した内容のの一部である。

試料を酵素糖糖化反応に供しした結果を表 ２にこれらの試示す。リグニ ンを含まないい結晶性セルロロース（セオラ ス®）

文献
献

でリグニンの少少ないトマトのの茎は、湿式処及び草本系で処理

1）森川，
森伊藤，楳田：化学工学
楳学論文集，36(44)，259(2010)によりα－セセルロース分解解率、ホロセルルロース分解率率が2）特許 5232976 号大きく向上しした。リグニンンが多いスギででも湿式粉砕 の効

3）特開 2011-205
5933

果は認められれ、セルロースス類の分解率がが大きくなっ た。
一方、湿式粉粉砕時の形状変変化が小さかっったタケはあ まり
酵素糖化率がが向上しなかっった。