JPH0419837B2 - - Google Patents
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- JPH0419837B2 JPH0419837B2 JP8265185A JP8265185A JPH0419837B2 JP H0419837 B2 JPH0419837 B2 JP H0419837B2 JP 8265185 A JP8265185 A JP 8265185A JP 8265185 A JP8265185 A JP 8265185A JP H0419837 B2 JPH0419837 B2 JP H0419837B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cellulose
- results
- dmf
- water
- comparative example
- Prior art date
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はセルロースの糖化方法に関し、詳しく
はセルロース含有物質を化学的方法にて前処理し
たのち、セルロースを効率的に分解して糖化する
方法に関する。 〔従来の技術および発明が解決しようとする問題
点〕 セルロースを分解、糖化する方法における問題
点として、セルロース原料中に含まれるリグニン
の存在およびセルロース特有の結晶構造が分解を
阻害することが知られている。 そのため、セルロースの分解に先立つて、セル
ロース含有物質を前処理することが従来から提案
されている。この前処理方法は粉砕等の物理的方
法と薬品等を使用する化学的方法に大別される。 化学的前処理方法としては、カドキセンを用い
る方法（Process Biochemistry，1978−10、p12
〜14）、銅アンモニア法やビスコース法により処
理する方法（特開昭58−224697号）、アルカリ溶
液で接触後、加熱下酸化処理する方法（特開昭58
−98093号）、さらにはリン酸やジメチルスルホキ
シドなどを用いる方法等がある。 しかしながら、これらの方法は使用する溶剤等
が高価である、溶剤を多量に必要とする、溶剤の
回収が困難である、処理工程が複雑である等の問
題があり、いずれも十分に満足しうる前処理方法
とは云えなかつた。 そこで、本発明者は簡便な前処理によつてセル
ロースを易分解性とするための方法について鋭意
検討を重ねた。 〔問題点を解決するための手段〕 その結果、セルロース含有物質を窒素酸化物
（特にNO2、N2O4）を含むジメチルホルムアミド
（以下DMFと略記する。）中で膨潤させるか、あ
るいは溶解させて水またはアルコール中にて析出
させることによつて目的が達成されることを見出
し、かかる知見に基いて本発明を完成した。 すなわち本発明は、セルロース含有物質を窒素
酸化物を含むジメチルホルムアミド溶液にて処理
したのち、セルロース分解酵素またはセルロース
分解菌を用いて分解することを特徴とするセルロ
ースの糖化方法である。 本発明においてセルロース含有物質とはセルロ
ース自体のほかセルロースを主要成分とする物質
を意味する。具体的にはマツ、スギ、ブナ、ポプ
ラなどの木材；麻類、ミツマタ、稲ワラ、バガ
ス、モミガラなどの茎葉・ジン皮類；綿などの種
子毛；新聞紙、雑誌、ダンボール廃紙などの古紙
類；その他繊維質廃棄物；パルプ、セルロースパ
ウダーなどがあり、これらは必要に応じて粉砕等
の予備的処理を施してから用いる。 窒素酸化物としては、前述したようにNO2、
N2O4などが好適である。 本発明を実施するにあたり、まずセルロース含
有物質を窒素酸化物を含むDMF溶液で処理する。
この処理はセルロース含有物質をDMF溶液に浸
漬することにより行なわれ、窒素酸化物は予め
DMF溶液に加えておいてもよく、セルロース含
有物質を浸漬したのちにDMF溶液に添加しても
よい。 DMFは大量に用いる必要はなく、セルロース
含有物質100重量部あたり500〜3000重量部、好ま
しくは1000〜2000重量部が適当である。また、窒
素酸化物の使用量はセルロース含有物質100重量
部あたり50〜200重量部、好ましくは90〜120重量
部が適当である。また、浸漬時間は適宜決定すれ
ばよいが、通常は1/3〜１時間程度で十分である。
この場合、浸漬処理は室温下で行なえばよいが、
所望により30〜40℃に加温してもよい。 浸漬処理後、所望により加熱処理を行なう。こ
の際の条件は40〜80℃、好ましくは50〜70℃で60
秒〜４時間、好ましくは300秒〜１時間である。 この前処理によつてセルロースは溶解するが、
リグニンなどの成分を含むセルロース含有物質は
溶解せずに膨潤する。膨潤した場合は遠心分離な
どの固液分離操作にて溶媒たるDMF等を除去す
る。また、溶解した場合は水、アルコールなどの
適当な溶媒を添加するなどしてセルロースを析出
させて分離する。しかる後、セルロースを含有す
る固形分を十分に水洗する。 このようにして前処理を行なつたセルロース含
有物質を基質としてセルロース分解酵素またはセ
ルロース分解菌を用いて分解、糖化せしめる。 セルロース分解酵素は植物、動物、微生物など
いずれの起源のものであつてもよく、精製品のほ
か粗精製品も使用できる。また、このときの酵素
反応条件は既知の条件と同じでよい。次に、セル
ロース分解菌としては各種のものが知られてお
り、好気性の糸状菌や嫌気性のクロストリジウム
属等の細菌が代表的なものである。セルロース分
解菌を用いる場合も、前処理したセルロース含有
物質を含む培地に該セルロース分解菌を接種して
常法により培養すればよい。 〔発明の効果〕 かくして、セルロースの分解、糖化を効率よく
短時間で行なうことができ、グルコースを高収率
で生産することができる。それ故、本発明によれ
ばバイオマス資源として大量に存在するセルロー
スを糖化してグルコースを効率よく得ることがで
きる。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例により詳しく説明する。 実施例 １ 新聞古紙１ｇをDMF20mlに浸漬し、液化した
二酸化窒素1.5ｇを添加した後20℃で２時間放置
した。セルロース物質は強く膨潤するが、溶解は
しない。これを70℃で１時間加熱し、冷却後、膨
潤したセルロースを含む固形分とDMFとを分離
した。 セルロース含有固形分を中性となるまで水洗し
たのち絞り、その際の水分率を求めておき、これ
を基質として基質濃度を50ｇ／に調整する。ま
た、セルロース分解酵素（協和発酵工業(株)製、
「セルラーゼ オノズカ Ｒ−10」）の濃度を５
ｇ／とし、クエン酸ナトリウム緩衝液でPHを５
に調節する。この酵素液と前記基質を混合し、50
℃で２時間または50時間振盪（120ストローク／
分）を行なつたのち水解率を求めた。なお、水解
率は基質を酵素糖化後、未溶解残渣を別、水洗
後、重量を求め、この値から糖化に供した基質重
量に対する溶解物重量を算出し、100分率で表わ
したものである。 また、糖化液中のグルコース量および全糖量を
ムタローゼ法およびフエノール・硫酸法によりそ
れぞれ求め、基質に対する重量％で表示した。結
果を第１表に示す。 比較例 １ 実施例１において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例１と同様にして行なつた。結果を第１
表に示す。 実施例２および比較例２ 実施例１および比較例１において新聞古紙の代
りにバガス（沖縄産、リグニン22.8％含有、未ふ
るい）を用いたこと以外は同様に処理した。結果
を第１表に示す。 実施例３および比較例３ 実施例１および比較例１において、新聞古紙の
代りに木粉（60メツシユ以下）を用いたこと以外
は同様に行なつた。結果を第１表に示す。 実施例 ４ 精製木材パルプ（NBKP）１ｇを30mlのDMF
に浸漬し、1.2ｇの二酸化窒素ガス（NO2）を送
入して20℃で20分処理して溶解させた。これを熱
処理するかもしくは熱処理しないで行なつた。次
に、水またはメタノール中に投入して溶解したパ
ルプを析出再生させた後、中性となるまで十分に
水洗した。この試料をしぼり実施例１と同様に酵
素糖化を行なつた。結果を第１表に示す。 比較例 ４ 実施例４において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例４と同様に行なつた。結果を第１表に
示す。 実施例 ５ グランドパルプ（NGP）１ｇをDMF20mlに浸
漬し、NO2ガスを0.9ｇ送入して20℃で24時間放
置後、70℃で１時間加熱した。膨潤状態のパルプ
から過剰液を遠心分離後、中性となるまで水洗し
た。 このようにして得た試料を圧搾し、湿状態のま
ま実施例１と同様の方法で酵素糖化を行なつた。
結果を第１表に示す。 比較例 ５ 実施例５において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例５と同様に行なつた。結果を第１表に
示す。 実施例 ６ ワツトマンセルロース（W.C）粉末１ｇを
DMF30mlに浸漬し、NO2ガスを1.5ｇ送入して20
℃で24時間放置した。セルロースは完全に溶解
し、これを70℃で１時間加熱処理するか、もしく
は熱処理を行なわないで処理した。次いで、メタ
ノール中に投入してセルロースを再生させた後、
中性となるまで水洗した。この試料を圧搾し、湿
状態のまま実施例１と同様にして酵素糖化を行な
つた。結果を第１表に示す。 比較例 ６ 実施例６において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例６と同様に行なつた。結果を第１表に
示す。
はセルロース含有物質を化学的方法にて前処理し
たのち、セルロースを効率的に分解して糖化する
方法に関する。 〔従来の技術および発明が解決しようとする問題
点〕 セルロースを分解、糖化する方法における問題
点として、セルロース原料中に含まれるリグニン
の存在およびセルロース特有の結晶構造が分解を
阻害することが知られている。 そのため、セルロースの分解に先立つて、セル
ロース含有物質を前処理することが従来から提案
されている。この前処理方法は粉砕等の物理的方
法と薬品等を使用する化学的方法に大別される。 化学的前処理方法としては、カドキセンを用い
る方法（Process Biochemistry，1978−10、p12
〜14）、銅アンモニア法やビスコース法により処
理する方法（特開昭58−224697号）、アルカリ溶
液で接触後、加熱下酸化処理する方法（特開昭58
−98093号）、さらにはリン酸やジメチルスルホキ
シドなどを用いる方法等がある。 しかしながら、これらの方法は使用する溶剤等
が高価である、溶剤を多量に必要とする、溶剤の
回収が困難である、処理工程が複雑である等の問
題があり、いずれも十分に満足しうる前処理方法
とは云えなかつた。 そこで、本発明者は簡便な前処理によつてセル
ロースを易分解性とするための方法について鋭意
検討を重ねた。 〔問題点を解決するための手段〕 その結果、セルロース含有物質を窒素酸化物
（特にNO2、N2O4）を含むジメチルホルムアミド
（以下DMFと略記する。）中で膨潤させるか、あ
るいは溶解させて水またはアルコール中にて析出
させることによつて目的が達成されることを見出
し、かかる知見に基いて本発明を完成した。 すなわち本発明は、セルロース含有物質を窒素
酸化物を含むジメチルホルムアミド溶液にて処理
したのち、セルロース分解酵素またはセルロース
分解菌を用いて分解することを特徴とするセルロ
ースの糖化方法である。 本発明においてセルロース含有物質とはセルロ
ース自体のほかセルロースを主要成分とする物質
を意味する。具体的にはマツ、スギ、ブナ、ポプ
ラなどの木材；麻類、ミツマタ、稲ワラ、バガ
ス、モミガラなどの茎葉・ジン皮類；綿などの種
子毛；新聞紙、雑誌、ダンボール廃紙などの古紙
類；その他繊維質廃棄物；パルプ、セルロースパ
ウダーなどがあり、これらは必要に応じて粉砕等
の予備的処理を施してから用いる。 窒素酸化物としては、前述したようにNO2、
N2O4などが好適である。 本発明を実施するにあたり、まずセルロース含
有物質を窒素酸化物を含むDMF溶液で処理する。
この処理はセルロース含有物質をDMF溶液に浸
漬することにより行なわれ、窒素酸化物は予め
DMF溶液に加えておいてもよく、セルロース含
有物質を浸漬したのちにDMF溶液に添加しても
よい。 DMFは大量に用いる必要はなく、セルロース
含有物質100重量部あたり500〜3000重量部、好ま
しくは1000〜2000重量部が適当である。また、窒
素酸化物の使用量はセルロース含有物質100重量
部あたり50〜200重量部、好ましくは90〜120重量
部が適当である。また、浸漬時間は適宜決定すれ
ばよいが、通常は1/3〜１時間程度で十分である。
この場合、浸漬処理は室温下で行なえばよいが、
所望により30〜40℃に加温してもよい。 浸漬処理後、所望により加熱処理を行なう。こ
の際の条件は40〜80℃、好ましくは50〜70℃で60
秒〜４時間、好ましくは300秒〜１時間である。 この前処理によつてセルロースは溶解するが、
リグニンなどの成分を含むセルロース含有物質は
溶解せずに膨潤する。膨潤した場合は遠心分離な
どの固液分離操作にて溶媒たるDMF等を除去す
る。また、溶解した場合は水、アルコールなどの
適当な溶媒を添加するなどしてセルロースを析出
させて分離する。しかる後、セルロースを含有す
る固形分を十分に水洗する。 このようにして前処理を行なつたセルロース含
有物質を基質としてセルロース分解酵素またはセ
ルロース分解菌を用いて分解、糖化せしめる。 セルロース分解酵素は植物、動物、微生物など
いずれの起源のものであつてもよく、精製品のほ
か粗精製品も使用できる。また、このときの酵素
反応条件は既知の条件と同じでよい。次に、セル
ロース分解菌としては各種のものが知られてお
り、好気性の糸状菌や嫌気性のクロストリジウム
属等の細菌が代表的なものである。セルロース分
解菌を用いる場合も、前処理したセルロース含有
物質を含む培地に該セルロース分解菌を接種して
常法により培養すればよい。 〔発明の効果〕 かくして、セルロースの分解、糖化を効率よく
短時間で行なうことができ、グルコースを高収率
で生産することができる。それ故、本発明によれ
ばバイオマス資源として大量に存在するセルロー
スを糖化してグルコースを効率よく得ることがで
きる。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例により詳しく説明する。 実施例 １ 新聞古紙１ｇをDMF20mlに浸漬し、液化した
二酸化窒素1.5ｇを添加した後20℃で２時間放置
した。セルロース物質は強く膨潤するが、溶解は
しない。これを70℃で１時間加熱し、冷却後、膨
潤したセルロースを含む固形分とDMFとを分離
した。 セルロース含有固形分を中性となるまで水洗し
たのち絞り、その際の水分率を求めておき、これ
を基質として基質濃度を50ｇ／に調整する。ま
た、セルロース分解酵素（協和発酵工業(株)製、
「セルラーゼ オノズカ Ｒ−10」）の濃度を５
ｇ／とし、クエン酸ナトリウム緩衝液でPHを５
に調節する。この酵素液と前記基質を混合し、50
℃で２時間または50時間振盪（120ストローク／
分）を行なつたのち水解率を求めた。なお、水解
率は基質を酵素糖化後、未溶解残渣を別、水洗
後、重量を求め、この値から糖化に供した基質重
量に対する溶解物重量を算出し、100分率で表わ
したものである。 また、糖化液中のグルコース量および全糖量を
ムタローゼ法およびフエノール・硫酸法によりそ
れぞれ求め、基質に対する重量％で表示した。結
果を第１表に示す。 比較例 １ 実施例１において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例１と同様にして行なつた。結果を第１
表に示す。 実施例２および比較例２ 実施例１および比較例１において新聞古紙の代
りにバガス（沖縄産、リグニン22.8％含有、未ふ
るい）を用いたこと以外は同様に処理した。結果
を第１表に示す。 実施例３および比較例３ 実施例１および比較例１において、新聞古紙の
代りに木粉（60メツシユ以下）を用いたこと以外
は同様に行なつた。結果を第１表に示す。 実施例 ４ 精製木材パルプ（NBKP）１ｇを30mlのDMF
に浸漬し、1.2ｇの二酸化窒素ガス（NO2）を送
入して20℃で20分処理して溶解させた。これを熱
処理するかもしくは熱処理しないで行なつた。次
に、水またはメタノール中に投入して溶解したパ
ルプを析出再生させた後、中性となるまで十分に
水洗した。この試料をしぼり実施例１と同様に酵
素糖化を行なつた。結果を第１表に示す。 比較例 ４ 実施例４において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例４と同様に行なつた。結果を第１表に
示す。 実施例 ５ グランドパルプ（NGP）１ｇをDMF20mlに浸
漬し、NO2ガスを0.9ｇ送入して20℃で24時間放
置後、70℃で１時間加熱した。膨潤状態のパルプ
から過剰液を遠心分離後、中性となるまで水洗し
た。 このようにして得た試料を圧搾し、湿状態のま
ま実施例１と同様の方法で酵素糖化を行なつた。
結果を第１表に示す。 比較例 ５ 実施例５において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例５と同様に行なつた。結果を第１表に
示す。 実施例 ６ ワツトマンセルロース（W.C）粉末１ｇを
DMF30mlに浸漬し、NO2ガスを1.5ｇ送入して20
℃で24時間放置した。セルロースは完全に溶解
し、これを70℃で１時間加熱処理するか、もしく
は熱処理を行なわないで処理した。次いで、メタ
ノール中に投入してセルロースを再生させた後、
中性となるまで水洗した。この試料を圧搾し、湿
状態のまま実施例１と同様にして酵素糖化を行な
つた。結果を第１表に示す。 比較例 ６ 実施例６において前処理を行わなかつたこと以
外は実施例６と同様に行なつた。結果を第１表に
示す。
【表】
【表】
【表】
中の糖のためである。
【表】
実施例７、比較例７および比較例８
実施例６−２で得られたワツトマンセルロース
処理試料（サンプルＡ）と、リン酸処理セルロー
スおよび無処理セルロースについて酵素糖化反応
を行なつた。糖化条件は、基質濃度50ｇ／と
し、酵素（東京化成(株)製、セルラーゼ
Trichoderma起源）濃度を10ｇ／とし、0.05M
酢酸緩衝液でPH4.5に調節し、45℃で連続的に振
とうしながら行なつた。６時間後、12時間後、24
時間後および45時間後の残存セルロース量から水
解率を求めた。なお、リン酸処理セルロースは、
ワツトマンセルロース15ｇに５℃に冷却した85％
リン酸500mlを加えて膨潤させた後、約５の水
を加えて析出させ、PHが中性になるまで水洗して
調整した。結果を第１図に示す。 実施例 ８ 実施例６−２で使用したサンプルＡを基質とし
て、これにセルロース分解菌クロストリジウム・
サーモセラムATCC 27405株を接種した。使用し
た培地組成を下記に示す。ATCC27405株、すな
わち種培養液を培地液量の10％植菌し、60℃にて
所定時間嫌気条件下で培養した。３日後および６
日後の残存セルロースから水解率を求めた。な
お、還元糖はDNS試薬により定量した。結果を
第２表に示す。 培地成分 粉末酵母エキス 5.0ｇ／ （NH4）2SO4 1.3ｇ／ KH2PO4 1.5ｇ／ K2HPO4・3H2O 2.9ｇ／ MgCl2・6H2O 1.0ｇ／ CaCl2 0.15ｇ／ FeSO4・7H2O 1.25mg／ システイン塩酸塩 500mg／ レサズリンナトリウム 2.0mg／ ポリペプトン 5.0ｇ／ セルロース基質 50.0ｇ／ PH（NaOHで調整） 7.8
処理試料（サンプルＡ）と、リン酸処理セルロー
スおよび無処理セルロースについて酵素糖化反応
を行なつた。糖化条件は、基質濃度50ｇ／と
し、酵素（東京化成(株)製、セルラーゼ
Trichoderma起源）濃度を10ｇ／とし、0.05M
酢酸緩衝液でPH4.5に調節し、45℃で連続的に振
とうしながら行なつた。６時間後、12時間後、24
時間後および45時間後の残存セルロース量から水
解率を求めた。なお、リン酸処理セルロースは、
ワツトマンセルロース15ｇに５℃に冷却した85％
リン酸500mlを加えて膨潤させた後、約５の水
を加えて析出させ、PHが中性になるまで水洗して
調整した。結果を第１図に示す。 実施例 ８ 実施例６−２で使用したサンプルＡを基質とし
て、これにセルロース分解菌クロストリジウム・
サーモセラムATCC 27405株を接種した。使用し
た培地組成を下記に示す。ATCC27405株、すな
わち種培養液を培地液量の10％植菌し、60℃にて
所定時間嫌気条件下で培養した。３日後および６
日後の残存セルロースから水解率を求めた。な
お、還元糖はDNS試薬により定量した。結果を
第２表に示す。 培地成分 粉末酵母エキス 5.0ｇ／ （NH4）2SO4 1.3ｇ／ KH2PO4 1.5ｇ／ K2HPO4・3H2O 2.9ｇ／ MgCl2・6H2O 1.0ｇ／ CaCl2 0.15ｇ／ FeSO4・7H2O 1.25mg／ システイン塩酸塩 500mg／ レサズリンナトリウム 2.0mg／ ポリペプトン 5.0ｇ／ セルロース基質 50.0ｇ／ PH（NaOHで調整） 7.8
【表】
比較例 ９
実施例６で使用したワツトマンセルロースを前
処理しないで実施例８と同様にして行なつた。結
果を第３表に示す。
処理しないで実施例８と同様にして行なつた。結
果を第３表に示す。
第１図はセルロースの経時的水解率を示すグラ
フである。
フである。
Claims (1)
- １ セルロース含有物質を窒素酸化物を含むジメ
チルホルムアミド溶液にて処理したのち、セルロ
ース分解酵素またはセルロース分解菌を用いて分
解することを特徴とするセルロースの糖化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8265185A JPS61242591A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | セルロ−スの糖化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8265185A JPS61242591A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | セルロ−スの糖化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61242591A JPS61242591A (ja) | 1986-10-28 |
| JPH0419837B2 true JPH0419837B2 (ja) | 1992-03-31 |
Family
ID=13780332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8265185A Granted JPS61242591A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | セルロ−スの糖化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61242591A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040231060A1 (en) * | 2003-03-07 | 2004-11-25 | Athenix Corporation | Methods to enhance the activity of lignocellulose-degrading enzymes |
| WO2008123419A1 (ja) | 2007-03-30 | 2008-10-16 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 微細繊維状セルロース系物質及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-04-19 JP JP8265185A patent/JPS61242591A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61242591A (ja) | 1986-10-28 |
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