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## Ⅱ．平成２２年度の研究内容

## 1 章 绪言 (省略)

2 章 原料バイオマスの構造と分析（省略）

## 3 章 前处理実験装置と方法

## 3 -1 実験装置（省略）

## 3 -2 前处理実験方法

前処理実験条件を Table.3-2-1,3-2-2 に示す。処理温度については、一般的に約 $ 180^{\circ}C $ がヘミセルロース分解開始温度であり、約 $ 240^{\circ}C $ がセルロース分解開始温度とされており、これらの温度を指標として設定した。

### 3 -2.1 水熱爆砕実験

① 反応器内に原料（ケヤキ、杉）を仕込んだ後、反応器内を真空ポンプで減圧した。実験に使用した原料写真を Fig.3-2-1,3-2-2 に示す。いずれも数ミリ以下に粉砕したものである。

② 送水ポンプの圧力を 8MPa（飽和水蒸気圧より高く設定）、流量を 20ml/min に設定し、送水を始めた。

③ 送水を始めたらヒータの電源を入れ、水温が $ 300^{\circ} $ C 付近で安定するまで加熱した。ただし、水温が所定温度に安定するまでは反応器に供給せず、外部に排出した。

④ 水温が十分に上がり、安定したところで反応器入口のバルブを開けて反応器内に熱水を入れ、原料と接触させた。ここで、反応器内が目的の温度（一段目）に達するまでに原料と接触して出てくる熱水を流出液として採取した。

⑤ 所定反応温度（一段目）に到達後、一定時間温度を保持した後ヒータの設定温度を上げ、反応器内が目的の温度（二段目）に達するまで再び流出液を採取した。
⑥ 所定反応温度（二段目）に到達後、一定時間温度を保持した後、反応器底部のボール弁を約 0.1 秒で全開にして大気圧の容器内に膨張させて爆砕を行った。爆砕されて出てきたバイオマスを全量採取し、それらを基質として酵素糖化試験を行った。

### 3 -2.2 水蒸気爆砕実験

① 水熱爆砕実験操作①～⑥に準じた（ただし設定圧力を所定温度における水の飽和蒸気圧にした）。

### 3 -2.3 水熱徐冷実験

① 上記水熱爆砕実験操作 $ ^{①} $ ～ $ ^{⑤} $ に準じた。

② 所定温度に到達後、全てのヒータの電源を切り、外部から空冷して温度と圧力をゆっくり下げた。以下この操作を「水熱徐冷」と定義した。
Table.3-2-1 前処理実験条件（ケヤキ）

Run No.	原料	处理方法	处理前重量[g]	设定压力[MPa]	一段目	二段目
处理温度[℃]	保持時間[sec]	处理温度[℃]	保持時間[sec]
K-1	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	0	240	60
K-2	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	0	240	600
K-3	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	0	260	60
K-4	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	0	260	600
K-5	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	240	60
K-6	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	240	600
K-7	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	260	60
K-8	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	260	600
K-9	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	200	600	240	60
K-10	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	200	600	240	600
K-11	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	200	600	260	60
K-12	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	200	600	260	600
Ke-1	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	260	600
Ke-2	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	260	600
Ke-3	ケヤキ	水熱爆砕	3.00	8	180	600	260	600
Ke-4	ケヤキ	水蒸気爆砕	3.00	4	180	600	260	600
Ke-5	ケヤキ	水蒸気爆砕	3.00	4	180	600	260	600
Ke-6	ケヤキ	水蒸気爆砕	3.00	4	180	600	260	600
Ke-7	ケヤキ	水熱徐冷	3.00	8	180	600	260	600
Ke-8	ケヤキ	水熱徐冷	3.00	8	180	600	260	600
Ke-9	ケヤキ	水熱徐冷	3.00	8	180	600	260	600

Table.3-2-1 前处理実験条件（杉）

Run No.	原料	处理方法	处理前重量[g]	设定压力[MPa]	一段目	二段目
处理温度[℃]	保持時間[sec]	处理温度[℃]	保持時間[sec]
S-1	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	240	60
S-2	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	240	600
S-3	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	260	60
S-4	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	260	600
S-5	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	600	240	60
S-6	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	600	240	600
S-7	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	600	260	60
S-8	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	600	260	600
S-9	杉	水熱爆碎	1.50	8	200	600	240	60
S-10	杉	水熱爆碎	1.50	8	200	600	240	600
S-11	杉	水熱爆碎	1.50	8	200	600	260	60
S-12	杉	水熱爆碎	1.50	8	200	600	260	600
Su-1	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	260	600
Su-2	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	260	600
Su-3	杉	水熱爆碎	1.50	8	180	0	260	600
Su-4	杉	水蒸気爆碎	1.50	4	180	0	260	600
Su-5	杉	水蒸気爆碎	1.50	4	180	0	260	600
Su-6	杉	水蒸気爆碎	1.50	4	180	0	260	600
Su-7	杉	水熱徐冷	1.50	8	180	0	260	600
Su-8	杉	水熱徐冷	1.50	8	180	0	260	600
Su-9	杉	水熱徐冷	1.50	8	180	0	260	600
Fig.3-2-1 原料（ケヤキ）

Fig.3-2-2 原料（杉）
## 4 章 酵素糖化実験装置と方法

## 4 -1 実験装置（省略）

## 4 -2 酵素糖化実験方法

① 酵素糖化実験装置湯浴部を水で満たした、後ヒータの電源を入れ水温が所定温度で安定するまで加熱した。

② 前処理試験により得られた残渣および流出液を Fig.4-2-1 に示すように三角フラスコにひとまとめに移し、pH を調整した後セルロース分解酵素、ヘミセルロース分解酵素を添加した。

③ 三角フラスコを酵素糖化実験装置に設置し、一定温度を保持したまま振蕩させた。

④ 酵素糖化開始から6時間、24時間、30時間、48時間経過後に、三角フラスコから試料をサンプリングし、糖濃度の測定を行った。
Fig.4-2-1 前処理から酵素糖化実験装置にセットするまでの概略フロー
## 4 -3 酵素糖化条件

酵素糖化条件を Table.4-3-1 に示す。

Table.4-3-1 酵素糖化条件

原料	ケヤキ	杉
原料重量[g-dry]	3.00	1.50
サンプル[ml]	500	550
酵素糖化実験装置湯浴部温度[℃]	50	50
酵素糖化時間[h]	48	48
pH[-]	5	5
セルロース分解酵素添加量[g]	0.150	0.075
ヘミセルロース分解酵素添加量[g]	0.150	0.075
## 4 -4 糖の分析方法

糖の分析方法を以下に示す。i) ~iv) の方法を確認したが、iv) の方法で精度の確認がとれなかったため、本研究では前任者にならい、i) ~Ⅲ) の方法を採用した。

## i）グルコース濃度測定

グルコース濃度測定は,「グルコースキット グルコース C-Ⅱテストワコー」を使用した。

## ii）キシロース濃度測定

キシロース濃度を測定する際にはD-キシロース測定キット（日本バイオコン株式会社）を使用した。キットに同封されていた試薬をⅠ～Ⅴで定義する。

## iii）全糖濃度測定

全糖とは，グルコース，キシロースを含む可溶性の全ての糖と定義する．全糖濃度を測定する際にはフェノール硫酸法を用いた。

## iv）オリゴ糖類分析方法

糖分離カラムおよびRI検出器を用いた液体クロマトグラフィーでオリゴ糖（セロビオース、ラクトース、マルトース）の分析が可能である。液体クロマトグラフィーの仕様および分析条件をTable.4-4-1に、オリゴ糖のピーク事例をFig.4-4-4に示す。
Table.4-4-1 液体クロマトグラフィーの仕様および分析条件

検出器	日本分光RI-2031
溶離液	C2H3N(75vol%)
カラム	Shodex AsahipakNH2P-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.5
カラム温度 [°C]	40
測定時間 [min]	30
サンプル注入量 [μl]	5

試料	保持時間[min]
1段目	ケヤキ水熱爆砕
1段目:180℃×10min
2段目:260℃×10min	-
2段目	セロビオース	22.425
3段目	ラクトース	23.425
4段目	マルトース	21.867

Fig.4-4-4 オリ ゴ糖ピーク事例
## 5 章 バイオマスの前処理・酵素糖化実験結果

## 5 -1 水熱爆砕条件選定試驗結果

Table.5-1-1 に前処理条件を示すように、1、2 段目の温度と保持時間をパラメータとしてケヤキ・杉の水熱爆砕の前処理を行い、酵素糖化を行った。前処理は Fig.5-1-1 に示す温度×時間のパターンで行った。また、ケヤキと杉では密度が異なるため、反応器に詰める原料の重量をケヤキ 3.0g-dry、杉 1.5g-dry として実験を行った。

### 5 -1.1 ケヤキ

Fig.5-1-2 から Fig.5-1-13 に各前処理物の酵素糖化率の経時変化を示す。糖化率は時間とともに増加するが、途中で減少する場合もみられた。ここでは、一般的に採用されている48時間後の糖化率で評価することとした。

Fig.5-1-14 に 12 種類の前処理条件の酵素糖化率を一括して示した。この中で、RUN K-8（1 段目：180℃×10min. 2 段目：260℃×10min.）におけるグルコース糖化率が最も高く、キシロース糖化率および可溶性多糖類も高い値を示したため、この条件が適正条件であると考えられた。

Fig.5-1-15からFig.5-1-21に1段目および2段目の条件と各糖化率との関係を示した。
Table.5-1-1 ケヤキの水熱爆砕処理条件一覧表

RUN NO	K-1	K-2	K-3	K-4	K-5	K-6
处理温度(1段目)	℃	180	180	180	180	180	180
保持時間(1段目)	min	0	0	0	0	10	10
处理温度(2段目)	℃	240	240	260	260	240	240
保持時間(2段目)	min	1	10	1	10	1	10
RUN NO	K-7	K-8	K-9	K-10	K-11	K-12
处理温度(1段目)	℃	180	180	200	200	200	200
保持時間(1段目)	min	10	10	10	10	10	10
处理温度(2段目)	℃	260	260	240	240	260	260
保持時間(2段目)	min	1	10	1	10	1	10

Fig.5-1-1 ケヤキ水熱爆砕前処理昇温・降温パターン
## 前处理条件

RUN No.	K-1
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-2 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-1）
## 前处理条件

RUN No.	K-2
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	10

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-3 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-2）
前处理条件

RUN No.	K-3
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-4 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-3)
前处理条件

RUN No.	K-4
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-5 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-4）
## 前处理条件

RUN No.	K-5
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-6 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-5）
## 酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	K-6
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	10

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-7 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-6)
酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	K-7
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	1

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-8 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-7)
前处理条件

RUN No.	K-8
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-9 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-8)
前处理条件

RUN No.	K-9
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-10 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-9)
## 前处理条件

RUN No.	K-10
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	10

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-11 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-10）
前处理条件

RUN No.	K-11
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-12 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-11）
前处理条件

RUN No.	K-12
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

## 酵素糖化条件

原料[g]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-13 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-12)
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-1	K-2	K-3	K-4	K-5	K-6	K-7	K-8	K-9	K-10	K-11	K-12
1段目	温度[℃]	180	180	180	180	180	180	180	180	200	200	200	200
時間[min]	0	0	0	0	10	10	10	10	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260	240	240	260	260	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10	1	10	1	10	1	10	1	10

Fig.5-1-14 ケヤキの水熱爆砕前処理の酵素糖化実験結果
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-1	K-2	K-3	K-4
1段目	温度[℃]	180	180	180	180
時間[min]	0	0	0	0
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.5-1-15 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×0min の場合）
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-5	K-6	K-7	K-8
1段目	温度[℃]	180	180	180	180
時間[min]	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.5-1-16 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×10min の場合）
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-9	K-10	K-11	K-12
1段目	温度[℃]	200	200	200	200
時間[min]	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.5-1-17 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：200℃×10min の場合）
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-1	K-5	K-9
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	240
時間[min]	1	1	1

Fig.5-1-18 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：240℃×1min の場合）
## 酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-2	K-6	K-10
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	240
時間[min]	10	10	10

Fig.5-1-19 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：240℃×10min の場合）
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-3	K-7	K-11
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	260	260	260
時間[min]	1	1	1

Fig.5-1-20 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：260℃×1min の場合）
酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	K-4	K-8	K-12
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	260	260	260
時間[min]	10	10	10

Fig.5-1-21 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：260℃×1min の場合）
### 5 -1.2 杉

Fig.5-1-22 から Fig.5-1-33 に各前処理物の酵素糖化率の経時変化を示す。糖化率は時間とともに増加するが、ケヤキと同様に杉も途中で減少する場合もみられた。また、ここでも一般的に採用されている48時間後の糖化率で評価することとした。

Fig.5-1-34 に 12 種類の前処理条件の酵素糖化率を一括して示した。この中で、RUN S-4（1 段目：180℃×0min. 2 段目：260℃×10min.）におけるグルコース糖化率が最も高く、キシロース糖化率および可溶性多糖類も高い値を示したため、この条件が適正条件であると考えられた。

Fig.5-1-35からFig.5-1-41に1段目および2段目の条件と各糖化率との関係を示した。
## 前处理条件

RUN No.	S-1
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-22 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN S-1）
## 酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	S-2
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	10

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-23 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-2)
酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	S-3
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	1

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-24 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-3)
酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	S-4
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-25 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-4)
酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	S-5
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	1

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-26 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN S-5）
## 酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	S-6
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	10

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-27 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-6)
前处理条件

RUN No.	S-7
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	1

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-28 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN S-7）
前处理条件

RUN No.	S-8
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

## 酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-29 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-8)
前处理条件

RUN No.	S-9
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	1

## 酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-30 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-9)
酵素糖化条件

前处理条件

RUN No.	S-10
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	240
時間[min]	10

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-31 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-10)
前处理条件

RUN No.	S-11
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	1

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-32 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN S-11）
前处理条件

RUN No.	S-12
1段目	温度[℃]	200
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-1-33 杉水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN S-12)
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

Fig.5-1-34 杉の水熱爆砕前処理の酵素糖化実験結果
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-1	S-2	S-3	S-4
1段目	温度[℃]	180	180	180	180
時間[min]	0	0	0	0
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.5-1-35 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×0min の場合）
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-5	S-6	S-7	S-8
1段目	温度[℃]	180	180	180	180
時間[min]	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.5-1-36 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×10min の場合）
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-9	S-10	S-11	S-12
1段目	温度[℃]	200	200	200	200
時間[min]	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.5-1-37 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：260℃×10min の場合）
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-1	S-5	S-9
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	240
時間[min]	1	1	1

Fig.5-1-38 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：240℃×1min の場合）
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-2	S-6	S-10
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	240
時間[min]	10	10	10

Fig.5-1-39 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：240℃×10min の場合）
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-3	S-7	S-11
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	260	260	260
時間[min]	1	1	1

Fig.5-1-40 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：260℃×1min の場合）
酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

RUN No.	S-4	S-8	S-12
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	260	260	260
時間[min]	10	10	10

Fig.5-1-41 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：260℃×10min の場合）
## 5 -2 適正条件下での前処理方法の比較評価結果

### 5 -2.1 ケヤキ

Fig.5-2-1,5-2-2,5-2-3 に水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷前処理物の酵素糖化の経時変化を示す。また、Fig.5-2-4 に酵素糖化時間 48 時間後の結果を一括して示す。各前処理とも同一条件でそれぞれ 3 回行い、それぞれの前処理物の酵素糖をおこなった。少々のばらつきはあるが、比較的再現性があることが認められた。
前处理条件

前处理方法	水熱爆砕
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-2-1 ケヤキの水熱爆砕再現性試験結果
前处理条件

前处理方法	水蒸气爆碎
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-2-2 ケヤキの水蒸気爆砕再現性実験結果
前处理条件

前处理方法	水熱徐冷
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50

Fig.5-2-3 ケヤキの水熱除冷再現性実験結果
前处理条件

前处理方法	共通
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

Fig.5-2-4 ケヤキの水熱爆砕と水蒸気爆砕および水熱除冷前処理の酵素糖化試験（48時間後）の再現性（各3回）
前处理条件

前处理方法	共通
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	10
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(ケヤキ)[g-dry]	3.00
溶液量[ml]	500
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.15
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.15
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

Fig.5-2-5 ケヤキの水熱爆砕と水蒸気爆砕および水熱除冷前処理の酵素糖化試験（48時間後）各3回平均値の比較
### 5 -2.2 杉

Fig.5-2-6,5-2-7,5-2-8 に水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷前処理物の酵素糖化の経時変化を示す。また、Fig.5-2-9 に酵素糖化時間 48 時間後の結果を一括して示す。各前処理とも同一条件でそれぞれ 3 回行い、それぞれの前処理物の酵素糖をおこなった。少々のばらつきはあるが、比較的再現性があることが認められた。

Fig. 5-2-10 に水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷前処理物の48時間後酵素糖化率の各3回の平均値を示す。
前处理条件

前处理方法	水熱爆砕
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-2-6 杉の水熱爆砕再現性試験結果
前处理条件

前处理方法	水蒸气爆碎
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-2-7 杉の水蒸気爆砕再現性試験結果
前处理条件

前处理方法	水熱徐冷
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50

Fig.5-2-8 杉の水熱除冷再現性試験結果
前处理条件

前处理方法	共通
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

Fig.5-2-9 杉の水熱爆砕と水蒸気爆砕および水熱除冷前処理の酵素糖化試験（48時間後）の再現性（各3回）
前处理条件

前处理方法	共通
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

酵素糖化条件

原料(杉)[g-dry]	1.50
溶液量[ml]	550
酵素量[g]	Cellic CTec
(セルロース分解)	0.075
Cellic HTec
(ヘミセルロース分解)	0.075
糖化温度[℃]	50
糖化時間[h]	48

Fig.5-2-10 杉の水熱爆砕と水蒸気爆砕および水熱除冷前処理物の酵素糖化試験（48時間後）各3回平均値の比較
## 5 -3 まとめ

原料にケヤキと杉を用いて水熱爆砕の温度×時間の適性条件をセルロース生成率、キシロース生成率および可溶性多糖類生成率を比較して求めた。その結果ケヤキの水熱爆砕の適性条件は1段目：180℃×10min．2段目：260×10min.であり、杉の水熱爆砕の適性条件は1段目：180℃×0min．2段目：260℃×10minであることを確認した。

次にケヤキと杉それぞれの水熱爆砕の適性条件と同じ温度パターンで、水熱爆砕処理、水蒸気爆砕処理および水熱除冷処理し、その後酵素糖化を行いグルコース生成率、キシロース生成率および可溶性多糖類生成率により比較した。その結果、水熱爆砕はグルコース糖化率が最も大きく、可溶性多糖類も最も大きいことから、ケヤキと杉のどちらを原料に用いても、この3方法の中で水熱爆砕が酵素糖化前処理方法として最も効果的であると考えられる。
## 6 章 発酵阻害物質の生成濃度分析評価

## 6 -1 発酵阻害物質の成分と分析方法

代表的な発酵阻害物質を Table.6-1-1 に示す。

本研究では陰イオン分離カラムおよび電気伝導度検出器を用いたイオンクロマトグラフィーで分析可能であるギ酸および酢酸を分析した。分析の対象は前処理直後の杉の試料を用いた。

前処理直後の杉の資料を 2ml のバイアル瓶にとり、イオンクロマトグラフィーで分析を行った。イオンクロマトグラフィーの仕様および分析条件を Table.6-1-2 に示す。
Table.6-1-1 代表的な発酵阻害物質

名称	組成式	構造式
ギ酸	HCOOH
酢酸	CH3COOH
フルフラール	C5H4O2
5HMF	C6H6O3
p-HBA	C7H6O2
シリンガアルデヒド	C9H10O4
バニリン	C8H8O3
Table.6-1-2 イオンクロマトグラフィーの仕様および分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E4mm×250mm
溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5
## 6 -2 発酵阻害物質分析結果

Fig.6-2-1 に杉の水熱爆砕前処理物についてギ酸、酢酸を分析した結果を一括して示す

Fig.6-2-2からFig.6-2-8に1段目および2段目の条件と各糖化率とギ酸及び酢酸生成率との関係を示した。

Fig.6-2-9 に杉の1段目：180℃×0min. 2段目：260℃×10min における水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱除冷前処理物について、ギ酸、酢酸を分析した結果を一括して示す。さらに Fig.6-2-10 にはギ酸、酢酸の分析結果の前処理ごとの平均値を示す。
## 分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-1	S-2	S-3	S-4	S-5	S-6	S-7	S-8	S-9	S-10	S-11	S-12
1段目	温度[℃]	180	180	180	180	180	180	180	180	200	200	200	200
時間[min]	0	0	0	0	10	10	10	10	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260	240	240	260	260	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10	1	10	1	10	1	10	1	10

Fig.6-2-1 水熱爆砕処理後の杉試料におけるギ酸、酢酸分析結果
分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-1	S-2	S-3	S-4
1段目	温度[℃]	180	180	180	180
時間[min]	0	0	0	0
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.6-2-2 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×0min の場合）
分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-5	S-6	S-7	S-8
1段目	温度[℃]	180	180	180	180
時間[min]	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.6-2-3 2 段目の温度×時間の影響（1 段目： $ 180^{\circ}C \times 10min $ の場合）
分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-9	S-10	S-11	S-12
1段目	温度[℃]	200	200	200	200
時間[min]	10	10	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	260	260
時間[min]	1	10	1	10

Fig.6-2-4 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：200℃×10min の場合）
分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-1	S-5	S-9
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	240
時間[min]	1	1	1

Fig.6-2-5 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：240℃×1min の場合）
## 分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器 CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM) NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-2	S-6	S-10
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	240	240	240
時間[min]	10	10	10

Fig.6-2-6 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：240℃×10min の場合）
分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

RUN No.	S-3	S-7	S-11
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	260	260	260
時間[min]	1	1	1

Fig.6-2-7 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：260℃×1min の場合）
分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E

溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

S-4	S-8	S-12
RUN No.	S-4	S-8	S-12
1段目	温度[℃]	180	180	200
時間[min]	0	10	10
2段目	温度[℃]	260	260	260
時間[min]	10	10	10

Fig.6-2-8 1 段目の温度×時間の影響（2 段目：260℃×10min の場合）
前处理条件

前处理方法	共通
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器
CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)
NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E
溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

Fig.6-2-9 水熱爆砕処理、水蒸気爆砕処理、水熱徐冷処理後の 杉試料におけるギ酸、酢酸分析結果
前处理条件

前处理方法	共通
1段目	温度[℃]	180
時間[min]	0
2段目	温度[℃]	260
時間[min]	10

分析条件

検出器	島津電気伝導度検出器CDD-10Asp
溶離液	Na2CO3(3.2mM)NaHCO3(1.0mM)
カラム	Shodex IC SI-50 4E
溶離液流量 [ml/min]	0.7
カラム温度 [°C]	25
測定時間 [min]	15
サンプル注入量 [μl]	5

Fig.6-2-10 水熱爆砕処理、水蒸気爆砕処理、水熱徐冷処理後の 杉試料におけるギ酸、酢酸分析結果（平均値）
## 6 -3 まとめ

原料に杉を用いて12条件で水熱爆砕処理を行い、得られた試料に含まれるギ酸および酢酸の量を求めた。Fig.6-2-1より、ギ酸と酢酸の生成量が最も少ない条件は1段目：180℃×10min. 2段目：240℃×1min.であり、最も多い条件は1段目：180℃×0min. 2段目：240℃×10min.であることがわかった。さらに、ギ酸と酢酸の生成量が二番目に少ない条件は1段目：200℃×10min. 2段目：240℃×1min.であり二番目に多い条件が1段目：180℃×0min. 2段目：260℃×10min.であることから、同じ前処理法を用いる場合、高温にさらす時間を短くした方が、ギ酸酢酸の生成量は抑えられる傾向にあるといえる。

また Fig.6-2-9 と Fig.6-2-10 より、同じ温度、時間の条件であれば本研究で用いた3つの方法の中でギ酸酢酸生成量を最も抑えられるのは水熱徐冷であり、以下水蒸気爆砕、水熱爆砕の順であることがわかった。
## 7 章 結言

本研究の本年度の主目的は水熱爆砕が水蒸気爆砕や水熱徐冷に較べて草木質系バイオマスの酵素糖化前処理法として効果的であることを検証することであった。

## 1 ）檢證方法

a. ケヤキと杉について水熱爆砕の温度×時間の適正条件を把握し、それと同じ温度パターンで水蒸気爆砕、水徐冷を行った。水熱爆砕に期待される大きな特徴のひとつは、バイオマスを微粉砕する必要がないことにあると考えられることから、比較的大きなサイズ（5mmから10mm）のバイオマスを実験に用いた。

b. 前処理した原料について、糖類（グルコース、キシロース、全糖）の分析を行い比較評価した。杉に関しては発酵阻害物質（ギ酸、酢酸）の分析も行った。

## 2 ）檢証結果

a. ケヤキの水熱爆砕の適正条件は1段目: $ 180^{\circ}C \times 10min. $ 2段目: $ 260^{\circ}C \times 10min. $

であり、杉の水熱爆砕の適正条件は1段目： $ 180^{\circ}C \times 0min. $ 2段目： $ 260^{\circ}C \times 10min. $ であった。

b. ケヤキと杉のどちらを原料にした場合も、水熱爆砕処理物は水蒸気爆砕及び水熱徐冷処理物より高い糖化率を示した。

c. 杉の場合、水熱爆砕は水蒸気爆砕と水熱徐冷に比べて発酵阻害物質であるギ酸、酢酸の生成量はやや多くなる傾向がみられた。
## 3 ）今後の課題

今後に残された課題は以下の通りであり、平成23年度はこれらの課題を中心に取り組む予定である。

a. 草木質系バイオマスの前処理物及び酵素糖化物の組成分析を詳細に行い、水熱

爆砕の効果をより定量的に評価する必要がある。糖の分析においては、従来のRI

（屈折率）検出器の HPLC に比べて約 10 倍高精度で溶離液のグラジェントによ

り、オリゴ糖も分析可能な「ポストカラム蛍光誘導体化法 HPLC」により単糖類

およびオリゴ糖の生成率を高精度で測定評価する計画である。また、発酵阻害物

質の分析では今年度イオンクロマトで測定した蟻酸、酢酸以外の成分にいては、

UV 検出器を用いた HPLC で分析する計画である。これらの分析値からエタノー

ル収率を概略推定してプロセスの1次評価を行う予定である。

b. 水熱爆砕処理物を酵素糖化して酵母でエタノール発酵を行い、エタノール収率に

及ぼす水熱爆砕条件との関係を明らかにする必要がある。ただし、エタノール発

酵酵母には多くのものがあり、また遺伝子組み換え等により高性能の酵母や菌体

が見出される可能性があるが、入手できる酵母はごく限られた従来のものしかな

く、限定した酵母によるエタノール収率の評価にならざるを得ないと考えられる。