JPH0813367A

JPH0813367A - パルプの製造方法

Info

Publication number: JPH0813367A
Application number: JP14497694A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Seko; 雅彦世古; Katsuharu Nakano; 勝春中野
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【構成】稲藁、麦藁、バガス等の非木材系植物資源を
酵素処理することを特徴とするパルプもしくは紙の製造
方法。【効果】本発明により、従来の化学処理による稲藁、
麦藁、バガス等からのパルプ製造のような大量の廃液を
出すことなく、効率よく農産廃棄物からパルプ及び紙を
製造することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、稲藁、麦藁、バガス
（さとうきびのしぼり粕）等の非木材系植物資源を酵素
処理することを特徴とするパルプもしくは紙を効率よく
製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国ではパルプ原料として９９％以上
を木材に頼ってきたが、近年、世界的に木材資源の不足
が認識され始め、また、地球環境保護に関する意識が高
まり、なかでも森林資源の保護が関心を集めている。そ
こで、年々大量に発生し農産廃棄物として捨てられてい
た稲藁、麦藁、バガス等の非木材系の植物資源が注目さ
れるに至った。

【０００３】従来の稲藁、麦藁、バガス等の非木材資源
からのパルプ化はソーダ法、クラフト法などが知られて
いる。これらの方法では原料である稲藁、麦藁をアルカ
リ条件下１４０度〜１７０度に加熱して高温高圧で処理
する、即ち蒸解してリグニンを除去するのであるが、ソ
ーダ法においては収率が低いこと、蒸解廃液処理が困難
であること、また、クラフト法ではさらにつけ加えて悪
臭物質を発生するというマイナス面があり非木材資源か
らのパルプ化の普及を妨げている一因となっている。特
に蒸解廃液に関しては、原料である稲藁、麦藁自体のシ
リカ（ＳｉＯ₂ ）の含量が高く、蒸解工程中に可溶性の
Ｎａ₂ ＳｉＯ₃ となって黒液中に溶解して回収中の各工
程でトラブルを引き起こすことが知られている。例え
ば、エバポレーターでは、スケールの付着が著しく、高
粘度となるので、高濃度濃縮が困難となる。また、回収
ボイラーではシリカ（ＳｉＯ₂ ）は灰の融点を上昇さ
せ、ボイラーの汚れ、詰まりを引き起こす。苛性化工程
ではＣａＳｉＯ₃ を作って白液中に溶解し循環して系内
にシリカを蓄積させる。こうした薬品回収上の問題点の
ため、特にシリカ含量の高い稲藁を原料とする場合には
事実上薬品回収は不可能であり、廃液として投棄され大
きな環境問題となっている。廃液を処理すれば良いわけ
であるが、それには多大な費用をかけざるをえないため
に経済的に成り立たない大きな理由の一つとなってい
る。

【０００４】一方、非木材資源から酵素を用いたパルプ
の製造に関しては靭皮繊維から紙料用パルプを製造する
方法（特開昭５３−２８７０１）、非木材繊維のパルプ
化法（特公昭５７−３９６３６）、酵素によるパルプの
製造方法（特開昭５９−２２３３８９）などが公知であ
るが、これら全ては亜麻や黄麻に代表される麻類、ミツ
マタ、コウゾなどの靭皮繊維を対象としたものである。
稲、麦、バガスなど草類の維管束からなる硬質繊維に適
した酵素によるパルプ製造方法は知られていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、稲藁、麦
藁、バガス等の非木材資源の利用にあたり、廃水処理や
悪臭対策が困難である従来の化学的方法に代わる無公害
で新規なパルプの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】さらに、本発明は、前記の非木材資源のパ
ルプ化には適さない従来の酵素によるパルプ製造方法に
代わる、新規で有効なパルプ製造方法を提供することを
目的とする。また、本発明は新規な紙・板紙の製造方法
の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】植物体から製紙用原料と
なる繊維を取り出したものがパルプであり、製紙用繊維
の主体をなすのはセルロースである。原料となる稲藁、
麦藁やバガスなどの化学組成は複雑であるが、セルロー
ス、ヘミセルロース、リグニンの３大成分から成り立っ
ている。その他油脂分や少量のタンパク質、シリカなど
の灰分が含まれる。これら構成成分がお互いにどのよう
な状態で結合しているかは必ずしも全容は明かではな
い。しかし、断片的な知見ではあるが、麦わらリグニン
についての報告によれば、麦藁よりアルカリ抽出リグニ
ン、微粉砕抽出リグニン、酵素抽出リグニンの３種類の
リグニンを単離してその特性を検討した結果、麦藁中の
リグニンはヘミセルロースであるアラビノグルクロノキ
シランと強固な結合をしているが、それはフェルラ酸を
介した架橋結合であると推定されている。

【０００８】また、バガスのリグニン糖複合体（Ｌｉｇ
ｎｉｎ−ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｃｏｍｐｌｅｘ：Ｌ
ＣＣ）の構造が解明され、フェルラ酸、ｐ−クマル酸を
含み、糖成分はアラビノースとキシロースとが１：８か
らなるアラビノグルクロノキシランであった。リグニン
とのその結合様式はベンジルエステルあるいはベンジル
エーテル結合であろうと推定されている。

【０００９】従来の方法ではリグニンを除去する目的で
アルカリ条件下高温高圧処理してパルプ化していたので
あるが、本発明者らはリグニンと結合しているヘミセル
ロースであるキシランを分解すれば容易にリグニンを除
去できるという考察に基づいて鋭意検討した結果本発明
を完成するに至った。即ち、本発明に係わるパルプの製
造方法は原料である稲藁、麦藁、バガス等を常温常圧下
で酵素処理することを特徴とするものであり、自然環境
に悪影響を及ぼすような廃水を生成せしめないことを特
徴とするものである。

【００１０】

【発明の開示】すなわち、本発明は以下のパルプ製造方
法及び紙・板紙の製造方法を提供する。１）非木材系植物由来の繊維源を、キシラン分解活性を
有する酵素で処理することを特徴とするパルプの製造方
法。２）繊維源が農産廃棄物である前記１）に記載のパルプ
の製造方法。３）非木材系植物が単子葉植物である前記１）に記載の
パルプの製造方法。４）非木材系植物由来の繊維源が稲藁、麦藁、バガス、
とうもろこし穂軸、綿実粕もしくは燕麦種皮である前記
１）に記載のパルプの製造方法。５）前記１）ないし４）に記載の処理の後に、得られた
パルプを還元漂白及び／または酸化漂白することを特徴
とするパルプの製造方法。６）前記１）ないし５）に記載の処理の後に、得られた
パルプを漉くことを特徴とする紙・板紙の製造方法。７）前記１）ないし５）に記載の処理の後に、得られた
パルプに化学パルプを配合して漉くことを特徴とする紙
・板紙の製造方法。

【００１１】本発明で酵素処理の対象となるのは、非木
材系植物由来の繊維源であり、好ましくは単子葉植物由
来の繊維源もしくは農産廃棄物であり、より好ましくは
稲藁、麦藁、バガス、とうもろこし穂軸、綿実粕、燕麦
種皮などである。これら原料に付着している土や泥は酵
素を作用させる前に洗浄して取り除いておく方がよい。
また、原料を前処理すること即ち原料に対して酵素がよ
り働き易い状態にした後、酵素処理することでより容易
にパルプ化を行うことができる。前処理の方法は原料を
ハイドロパルパーやプレスなど用いた機械的処理で軽く
解繊する方法や水酸化ナトリウムのようなアルカリに浸
して化学的に処理し組織を膨潤させる方法あるいは機械
的処理と化学的処理を組み合わせた処理方法を用いるこ
とができる。

【００１２】キシラン分解酵素としては微生物、動物、
植物などいずれの起源のものであってもよく精製品のほ
か粗精製品であってもよい。これらの酵素は単独にまた
は併用してまたは順次用いることができ、非木材系由来
の繊維源の乾燥重量あたり０. ０１重量％から１０重量
％を添加する。

【００１３】酵素のキシラン分解活性の有無について
は、簡便法として以下に示す方法で調べることができ
る。即ち、任意のｐＨに調製した水溶液に市販のオート
麦由来のキシラン（ＳＩＧＭＡ社）が１重量％の濃度に
なるよう懸濁し、寒天を２重量％となるように加えた
後、９０〜１００℃まで加熱して寒天プレートを作成す
る。酵素液を適当に希釈してあるいは濃縮して寒天プレ
ートにスポットした後、任意の温度で保温する。２４時
間経過後に寒天プレートを観察しスポットした周辺部に
クリアゾーンが認められるならばキシラン分解活性を有
すると判定する。

【００１４】酵素処理にあたっては、原料濃度は０. １
重量％〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％であ
る。ｐＨ、温度条件は、分解活性の最適条件に近いほど
効果的ではあるが、そのことにこだわる必要はなく酵素
が作用する範囲内であればよい。通常、ｐＨは３〜１
１、温度は１０℃〜９０℃の範囲内から選択できる。処
理時間は処理ｐＨ、処理温度、酵素量により影響され
る。また、稲藁、麦藁、バガスなどの原料の種類や前処
理の程度によっても影響を受ける。静置するかあるいは
静かに撹拌しながら処理すると短ければ１時間、長けれ
ば１０日間程度必要となる。酵素処理条件は実生産上の
制約を考慮して決めればよい。予備試験を行った後に最
適な条件を設定することが望ましい。

【００１５】さらにはまた、原料中に含まれている油脂
分やタンパク質を分解するために油脂分解酵素やタンパ
ク質分解酵素を予めあるいは同時に作用させればさらに
容易にパルプ化を行うことができる。セルロース分解酵
素の場合は繊維自体を分解して収率やパルプ強度を低下
させるので好ましくはないが、例えば、パルプ強度がそ
れほど要求されない場合にはセルロース分解酵素を予め
あるいは同時に作用させればより容易にパルプ化を行う
ことができる。これらの場合も使用する酵素の特性から
分解活性の最適条件に近いほど効果的ではあるが、それ
にこだわる必要はなく酵素が作用する範囲内であればよ
い。

【００１６】酵素処理された原料は、繊維がまだ結束し
ていたり、非繊維分が付着していて、直接紙を構成する
ことができるような状態にはなっていないことが多い。
そこで離解や叩解を行ってから繊維をよく分離取得す
る。離解や叩解はパルパー、ビーター、リファイナー、
ＰＦＩミルなどを用いて処理することができる。離解や
叩解は原料の組織をさらに膨潤させる目的とリグニンを
抽出する目的で、アルカリ条件下で行うのが好ましい
が、必ずしもこの限りではない。なお、ここでアルカリ
条件下で行うためには、酵素処理する前に原料をアルカ
リ液に浸すという方法を取るのが好ましいが、使用後の
アルカリ液はまた次の原料を浸すのに使え、何度もリサ
イクル出来るので、従来のソーダ法のような大量の廃液
を出すことはない。

【００１７】分離処理は湿式の回転ふるい、フラットス
クリーン及びプレッシャースクリーン等で処理可能であ
る。２段以上、同種または異種のふるいを用いることは
繊維分と非繊維分との分離に有効である。

【００１８】その後、必要に応じて定法に従った還元漂
白及び／または酸化漂白をして紙・板紙用パルプにする
ことができる。例えば、還元漂白については、パルプ濃
度３〜５％、ｐＨ５〜６、温度５０〜６５℃の範囲で、
ハイドロサルファイトナトリウムを対乾燥パルプ０．５
〜１．０重量％添加して０．５〜１．０時間処理する。

【００１９】また、酸化漂白については、塩素水、次亜
塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素などを用い
ることが出来る。例えば、次亜塩素酸ナトリウムを用い
る場合には、パルプ濃度３〜５％、温度２５〜５０℃、
有効塩素量２〜９％で、２〜６時間処理する。酸化漂白
については、２種以上の薬品を用いて、多段階処理する
ことが好ましい。次亜塩素酸ナトリウム、塩素水、二酸
化塩素など塩素含有薬品を用いる場合はアルカリ抽出操
作を入れることが好ましい。

【００２０】得られたパルプから必要に応じて定法に従
った紙調製方法により、紙・板紙を製造することができ
る。例えばＪＩＳＰ８２０９パルプ試験用手すき紙調
製方法により良好な手すき紙を得ることができる。ま
た、長網抄紙機や円網抄紙機などの抄紙機を用いて、機
械的に紙を調製することも可能である。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明するが、かかる例に限定されるものではない。

【００２２】実施例１自然界からキシラン分解活性を有する酵素を生産する微
生物をスクリーニングした。スクリーニングの方法は以
下に示した組成の平板寒天培地に各地より採集した土壌
の懸濁液を適当に希釈して塗布した。５０℃、２４時間
培養した後平板寒天上に出現したコロニーの周辺にクリ
アゾーンが認められるもの（菌株Ａ、菌株Ｂ、菌株Ｃ）
を選択した。スクリーニング用平板寒天培地の組成はキ
シラン（オート麦由来）１％、アスパラギン０. １％、
酵母エキス０. １％、ＫＨ₂ ＰＯ₄ ０. ０５％、ＭｇＳ
Ｏ₄ ／７Ｈ₂ Ｏ０. ０２％、ＮａＣｌ０. ０２％、Ｆｅ
Ｃｌ₃ ０. ００２％、寒天２％で、ｐＨ７に調整した後
１２１℃、２０分オートクレーブ滅菌した。

【００２３】得られた微生物をスクリーニング用平板寒
天培地から寒天を除いた液体培地を酵素生産培地として
３日間振盪培養し、その培養液の遠心上清を得た。上清
中のキシラン分解活性の有無をｐＨ７、５０℃の条件で
前記の簡便法により調べた後酵素液として用いた。

【００２４】乾燥重量１００ｇの稲藁を５ｃｍ長に裁断
した後１０重量％濃度ＮａＯＨ水溶液１６. ５ｌに浸漬
し、一昼夜室温で保持した。その後、稲藁を取り出し、
よく水洗してＮａＯＨや溶出物や泥などの付着物を除去
し、遠心脱水して前処理済み原料とした。次に、この前
処理済み原料に５重量％となるように水を加え、ｐＨ７
に調整した。酵素は上記微生物の培養液上清を用いた。
対稲藁乾燥重量当り１０重量％添加し、５０℃に保持し
て、７２時間静かに撹拌しながら反応させた。反応後、
稲藁を取り出してパルパーで十分離解した後、フラット
スクリーン（熊谷理機工業（株）製）でふるい分けして
パルプを得た。

【００２５】それをＰＦＩミル（熊谷理機工業（株）
製）を用いて、クリアランス０. ５ｍｍ、叩解圧１. ８
ｋｇｆ／ｃｍ、パルプ濃度１０％で、カナダ標準濾水度
（ＣＳＦ）２００ｍｌまで叩解した後、ＪＩＳＰ８２
０９パルプ試験用手すき紙調製方法に従って手すき紙を
調製したところ良好な稲藁パルプ手すき紙が得られた。
ＪＩＳＰ８１１３とＪＩＳＰ８１１６に従い、この
手すき紙の裂断長と比引裂き強さを求めた。結果を表１
に示す。

【００２６】比較例１実施例１におけるスクリーニング時に平板寒天培地上で
クリアゾーンを形成しなかった微生物（菌株Ｄ、菌株
Ｅ）を用いて実施例１と同様な操作を実施したところ、
表１に示すように稲藁をパルプ化はできなかった。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例２乾燥重量１００ｇの稲藁を５ｃｍ長に裁断した後よく水
洗して表面に付着している不純物を除去して前処理済み
原料とした。次に、この前処理済み原料に５重量％とな
るように水を加え、ｐＨ５に調整した。酵素として市販
キシラナーゼ製剤（ＳＩＧＭＡ社）を対稲藁乾燥重量当
り１重量％添加し、５０℃に保持して、１０日間静置し
て反応させた。反応後、稲藁を取り出しパルパーで十分
離解した後、フラットスクリーン（熊谷理機工業（株）
製）でふるい分けしてパルプを得た。

【００２９】それを叩解にかけることなくＪＩＳＰ８
２０９パルプ試験用手すき紙調製方法に従い手すき紙を
調製したところ良好な稲藁パルプ手すき紙が得られた。

【００３０】比較例２酵素処理することを除いて、実施例２と同様な操作を実
施したところ稲藁はパルパーで離解出来ずパルプ化はで
きなかった。

【００３１】実施例３乾燥重量５００ｇの麦藁を５ｃｍ長に裁断した後、１０
重量％濃度ＮａＯＨ水溶液１６. ５ｌに浸漬して一昼夜
室温で保持した。その後、稲藁を取り出し、よく水洗し
てＮａＯＨや溶出物や泥などの付着物を除去し、遠心脱
水して前処理済み原料とした。次に、この前処理済み原
料に３重量％となるように水を加え、ｐＨ６に調整し
た。市販ヘミセルラーゼ製剤（天野製薬社）を対稲藁乾
燥重量当り１重量％添加し、４０℃に保持して、４８時
間静かに撹はんしながら反応させた。反応後、稲藁を取
り出してパルパーで離解した後、フラットスクリーン
（熊谷理機工業（株）製）でふるい分けしてパルプを得
た。

【００３２】それをナイアガラビーター（熊谷理機工業
（株）製）でカナダ標準濾水度で３００ｍｌまで叩解し
た後、ＪＩＳＰ８２０９パルプ試験用手すき紙調製方
法に従い、坪量１２５ｇ／ｍ² になるように手すき紙を
調製したところ良好な麦藁紙が得られた。ＪＩＳＰ８
１１３及びＪＩＳＰ８１２６に従って、得られた手す
き紙の裂断長と比圧縮強さを求めた。裂断長は１０.
１、比圧縮強さは１４.３であった。この値はＪＩＳ
Ｐ３９０４に示される段ボール用中しんの規定値を満た
している。

【００３３】比較例３酵素処理することを除いて、実施例３と同様な操作を実
施したところ稲藁はパルパーで離解出来ずパルプ化はで
きなかった。

【００３４】実施例４乾燥重量１０００ｇの稲藁を１重量％濃度ＮａＯＨ水溶
液３３. ３ｌに０. ５時間浸漬した後、クリアランス１
ｍｍの条件でディスクイファイナー（熊谷理機工業
（株）製）で軽く解繊した。その後、稲藁を取り出し、
よく水洗してＮａＯＨや溶出物や泥などの付着物を除去
し、遠心脱水して前処理済み原料とした。次に、この前
処理済み原料に１０重量％となるように水を加えてｐＨ
５に調整した。酵素として市販キシラナーゼ製剤（ＳＩ
ＧＭＡ社）を対稲藁乾燥重量当り０.０５重量％添加し
てよくかき混ぜ、５０℃で８時間静置して反応させた。
反応後、稲藁を取り出してパルパーで離解した後、フラ
ットスクリーン（熊谷理機工業（株）製）でふるい分け
してパルプを得た。

【００３５】それをナイアガラビーター（熊谷理機工業
（株）製）でカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）で２００ｍｌ
まで叩解した後、ＪＩＳＰ８２０９パルプ試験用手す
き紙調製方法に従って手すき紙を調製したところ、良好
な稲藁パルプ手すき紙が得られた。ＪＩＳＰ８１１３
とＪＩＳＰ８１１６に従い、この手すき紙の裂断長と
比引き裂き強さを求めたところ、それぞれ８. ５と９.
８であった。比較例４

【００３６】酵素処理することを除いて、実施例４と同
様な操作を実施したところ稲藁をパルプ化はできなかっ
た。

【００３７】実施例５実施例４で調製した稲藁パルプをＰＦＩミル（熊谷理機
工業（株）製）を用いて、クリアランス０. ５ｍｍ、叩
解圧１. ８ｋｇｆ／ｃｍ、パルプ濃度１０％で叩解し、
カナダ標準濾水度（ＣＳＦ）３２０ｍｌの紙料を得た。

【００３８】市販広葉樹ＢＫＰをＰＦＩミル（熊谷理機
工業（株）製）で上記と同条件にて叩解して得られたＣ
ＳＦ５６０ｍｌの紙料を７０に対して、上記稲藁パルプ
からの紙料を３０の割合で混合して、ＪＩＳＰ８２０
９パルプ試験用手すき紙調製方法に従って手すき紙を調
製したところ、良好な稲藁パルプ手すき紙が得られた。
ＪＩＳＰ８１１３とＪＩＳＰ８１１９に従い、この
手すき紙の裂断長と平滑度を求めたところ、それぞれ
４. ５と６５であった。

【００３９】比較例５稲藁パルプからの紙料を配合しないで、市販広葉樹ＢＫ
Ｐからの紙料だけで実施例５に記載の方法で手すき紙を
作成し、裂断長と平滑度を求めたところそれぞれ４. ０
と４０であった。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、従来の方法の欠点であ
った環境破壊につながる大量の廃液を出すことなく、今
まで有効に利用されてこなかった稲藁、麦藁、バガスな
どの農産廃棄物に代表される非木材資源から効率的にパ
ルプを製造できる。また、このようにして製造されたパ
ルプは定法に従って抄紙することで紙・板紙を造ること
ができ、また、木材パルプに配合して抄紙すると紙力強
度が高く地合のよい表面の平滑な紙・板紙を造ることが
できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非木材系植物由来の繊維源を、キシラン
分解活性を有する酵素で処理することを特徴とするパル
プの製造方法。
【請求項２】繊維源が農産廃棄物である請求項１に記
載のパルプの製造方法。
【請求項３】非木材系植物が単子葉植物である請求項
１に記載のパルプの製造方法。
【請求項４】非木材系植物由来の繊維源が稲藁、麦
藁、バガス、とうもろこし穂軸、綿実粕もしくは燕麦種
皮である請求項１に記載のパルプの製造方法。
【請求項５】請求項１ないし４に記載の処理の後に、
得られたパルプを還元漂白及び／または酸化漂白するこ
とを特徴とするパルプの製造方法。
【請求項６】請求項１ないし５に記載の処理の後に、
得られたパルプを漉くことを特徴とする紙・板紙の製造
方法。
【請求項７】請求項１ないし５に記載の処理の後に、
得られたパルプに化学パルプを配合して漉くことを特徴
とする紙・板紙の製造方法。