JPS59204997A - 植物バイオマス資源の総合利用可能な処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、植物バイオマス資源の総合利用を可能とする
処理方法に関するものである。

従来から、水利、竹、バガス、イナワラ、ムギワラ、故
紙などの植物バイオマス資源は、責重な産業資源として
種々の方法で利用されている。しかし、それらはいずれ
も、例えば燃料アルコールの製造、ノぐルプの製造又は
飼料の製造といったように個々の目的に応じて、その構
成成分の一部を利用するだけであって、資源の完全な有
効利用はなされていなかった。

本発明は、このような植物バイオマス資源を、その種類
に関係なく、飼料、有機合成原料、バルブ及び燃料アル
コールとして総合的に有効な利用ができるように処理す
る経済的かつ作業性のよい方法を提供する。

本発明の方法は、植物バイオマス資源を高温高圧で蒸煮
後、瞬時に大気又は大気近くの低温低圧条件下に放出し
て爆砕し、爆砕物の少なくとも一部を水及び有機溶媒で
抽出し、水抽出画分からヘミセルロースを構成する単糖
類を分離し、抽出残渣としてセルロース画分を得ること
を特徴とする。

すなわち、本発明では針葉樹、広葉樹、竹、バガス、イ
ナワラ、ムギワラ、故紙などの植物バイオマス資源を、
「爆砕及び二段階抽出」という一連の工程で処理するも
のであって、植物バイオマス資源の構成成分であるセル
ロース（３０〜５０％）、ヘミセルロース（１０〜２０
％）及びリグニン（２０〜３０％）は、それぞれ次のよ
うに有効に分離され、無駄なく総合利用されるものとな
る。

Ａ、セルロースは抽出残渣として取出され、パルプ、グ
ルコース及びアルコールなどの原料として、または飼料
として利用される。

Ｂ、　　ヘミセルロースを構成するキシロース及びマン
ノースなどの単糖類は、水抽出画分から取出され、キシ
ロースは燃料アルコールの原料又はキシリトールの合成
原料として利用され、マンノースはマンニトールの合成
原料として利用できる。

Ｃ，ＩＪゲニンは有機溶媒抽出画分から活性な状態で単
離され、単離されたリグニンはフェノール類、接着剤、
医薬品及び香料の原料として役立つ。

Ｄ、抽出前の爆砕物はそのまま飼料として利用できる。

Ｅ、爆砕時に発生する揮発成分を捕集し、それから有機
合成原料として有用なフルフラール及ヒヒドロキシメチ
ルフルフラールヲ得ることもできる。

本発明における爆砕処理は、いわゆる「ポツプコーン」
の原理を利用するものであるが、これは電子線、γ線照
射、凍結微粉砕などの物理的方法、苛性ソーダ、アンモ
ニア、硫酸などによる化学的方法、白色腐朽菌による微
生物的方法などに比較して、著しく経済的かつ効果的な
処理方法である。すなわち、高温高圧で蒸煮し、急激に
大気近くの低温低圧に放出する爆砕処理では１植物バイ
オマス資源は非常に効果的に解繊、フィブリル化され、
リグニンが分離しやすい状態となり、ヘミセルロースは
９０％以上が加水分解されて水可溶性の単糖類となる。

次の抽出工程でこの単糖類は水抽出され、リグニンは６
０％以上が有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、
ジオキサンなどで抽出される。有機溶媒は精留後、回収
して再利用できる。

通常パルプの蒸解などによって得られるリグニンは高分
子化して不活性となっているものが多く、合成原料とし
て直接利用できるものではなかったが、本発明の方法で
はそのまま合成原料として使用できる活性な、低分子（
平均分子：ｉＬ　１．０００〜２．０００）でフェノー
ル成分の多いリグニンが得られることが、ＮＭＲ，ＵＶ
、ＩＲ。

熱軟化測定、電顕染色で確認されている。

植物バイオマス資源の蒸煮の条件は目的に応じて適当に
選ばれ乞が、リグニンの軟化点である１９０℃以上に加
熱されるのが好ましく、通常ゲージ圧１５即／Ｄｄ〜４
０即／ｄ、特に２０像／ｄ〜３０Ｋｇ／ｃｄの飽和水蒸
気で蒸煮するのがよい。蒸煮処理時間は利用する植物バ
イオマス資源の組織構造によって異なるが、１分〜２０
分程度で十分である。

抽出残渣として得られるセルロース画分は、常法により
、パルプ製造に作業性よく経済的に利用でき、良質の紙
を得ることができる。例えば、薬品消費量は通常の３０
％程度でよく、シかも蒸解時に発生する廃液総固形分量
は１０％以下に低減する。

更に、本発明の方法ではセルロースが抽出工程で効果的
に単離される結果となるため、セルロースが酵素作用を
受は易く容易に糖化できる。

例えばポプラ、カバの爆砕物１００に９がらは、セルラ
ーゼによる糖化でグルコース３０に？、七ロビオース９
　Ｋ９及びキシロース５　Ｋ９と理論値に近い収量で糖
類が得られる（この場合、糖化工程は４０〜５０℃、ｐ
Ｈ４，２〜５．０で実施された）。

糖化後、固液分離し、分離した液体をアルコール発酵し
、蒸留することによってアルコールを得ることができる
。固液分離は、例えば３０００ｒｐｍ程度のデカンタ−
処理で実施されればよく、得られた液体を次の発酵工程
の前に限外濾過膜を通して、セルラーゼを回収し、再使
用することもできる。発酵は、例えばサツカロマイセス
。

・フエルメンタチＩＡＭ４７７１又はサツカロマイセス
・セルビツシエの回分方式で発酵したり、特願５５−１
４１８２０の方法で固定化酵母による連続発酵を行えば
よく、供給液中のグルコースを約９０％の発酵歩合でア
ルコールに転換できる。またキシロースをキシロースイ
ソメラーゼでキシルロースにしたものも約７５％の発酵
歩合でアルコールに転換できるため、抽出工程で得られ
たキシロースにキシロマスイソメラーゼを添加し、糖化
後、セルロースの糖化物と共にアルコール発酵させても
よい。

アルコール発酵モロミは蒸留工程で約９６％又はそれ以
上のアルコール、無水アルコールをも得ることができ、
蒸留廃液は減圧プレート式濃縮機で固形公約５０％とな
るまで濃縮して、飼料に供することができる。

次に、本発明の一実施例として、バガスを原料とした場
合について説明する（第１図参照）。

先ず、ケーンの搾汁残香であるバガスを原料（Ａ）　？
連続爆砕機（１）のホッパーより投入し、ボイラーから
の高圧スチーム（Ｂ）　によって、２９に９／ｃ４１１
．５分間の条件で第１工程の「連続爆砕」を行う。それ
により爆砕バガスとして繊維の原形を残してはいるが褐
色の膨軟化したオカラ状のものをうる。この爆砕バガス
は配管（イ）、（ハ）を経由して第２工程「抽出」の抽
出塔（２）に送入しく又は配管（イ）、（ロ）を経由し
て、爆砕バガスをそのまま飼料（Ｊ）として利用するこ
とも可）、先ず室温で水（Ｃ）により抽出を行い、ヘミ
セルロースと水溶性リグニンとを併せて約２９％分離す
る（分離液は配管に）、（ホ）から取り出し、キシロー
ス（Ｋ）、リグニン（Ｌ）として利用することも可）、
ついで、有機溶媒（Ｄ）としてメタノールを使って抽出
を行い約１３％のメタノール可溶性リグニンを分離する
。この場合、分離液・は配管（ト）を経由して回収塔に
供給し、こ＼でメタノールを低圧スチーム（Ｅ）によっ
て回収する。

そして、回収メタノールを配管（力によって回置抽出塔
に返送する。一方、蒸留残液からはメタノール可溶性リ
グニン（Ｌｌ）を分別、利用する。

セルロース残渣は約５８％の割合で得られ、これを更に
分析するとホロセルロースが７６％、リグニンが２４％
であった（第２図参照）。

つぎに、セルロース残渣は配管（す）を経由して糖化槽
（４）に送り、約２０％の基質濃度とする。

さらに、ろ紙崩壊力ｓ、ｏｏｏｕ／■のメと−ゼ（明治
製菓のセルラーゼ製剤）（Ｆ）を１．０〜２．０％添加
し、ｐＨ４，２，５０°Ｃ１７２時間の条件で第３工程
の「糖化」を行い、約８０％の糖化率で糖化液をうる。

この糖化液は配管し）を経て、ｒ１ｐ１１ｎ３．０００
のデカンタ−（５）で固液分離しくこの場合の糖化残渣
は配管（／りより取り出して、飼料（Ｊｌ）とする）、
さらに、分離液は配管（ヲ）、ポンプ（６）、配管（ワ
）、限外濾過機（ＵＰ膜使用）（７）、配管（ト）を経
由して、セルラーゼを濾過、回収する（再使用）。濾液
は、配管に）、（へ）を経由してクッションタンク（８
）でキシロースイソメラーゼ（Ｇ）　ヲ１．０〜２．０
％添加したヘミセルロース（内４２％がキシロースにな
っている）と配管（ヨ）、（夕）、ポンプ（９）、配管
（Ｉ／）を経て、混合しながらアルギン酸アルミニウム
包括固定化酵母を充填した連続発酵槽００）に滞留時間
約３０時間で供給し、第４工程の連続発酵を３０°Ｃ，
ｐＨ，４，５の条件下で行う。この時の発酵歩合は約９
０％でアルコール約９％の発酵液となる。この発酵液は
連続発酵槽頂部で炭酸ガスを放散後、つぎの第５工程１
−蒸留」の蒸留塔（（２）に配管（ン）、ポンプ（１］
）、配管に／）を経由して供給し、低圧蒸気（Ｅｌ）で
精留、濃縮して、約９６％の燃料アルコール（■）を塔
頂より取り出す。又蒸留廃液は配管ケ９、ポンプ（１３
）、配管←）を経て蒸留塔附設の減圧プレート式濃縮機
０→に供給し、５０％固形分まで低圧スチーム（Ｅ２）
で加熱濃縮する（この際、フラッシュペーパー（Ｍ）と
して水分が放散される）。ついで、ポンプ（１５）、配
管（う）を経由して取り出し、飼料（濃縮廃液）　（Ｊ
２）とする。

次に、上記実施例で得た各生産物量を示すと、つぎの通
りである。

即ち、１トンのバガス（乾燥重量）から０．リドンの爆
砕バガス（乾燥重量）をつる。さらに、この爆砕バガス
から、ヘミ士ルロース０２１６トン（内キシロース００
９トンヲ含む）、リグニン０．１６２）ン、セルロース
残渣０．５２２）ンをうる。

つぎに、このセルロース残渣０．５２２）ン中のホロセ
ルロース０．３９６）ンとキシロース００７トンとから
０．２３４夏の９６％燃料アルコールをつる。又セルロ
ース残渣の糖化残渣として０．．８１トン（水分７５％
）、蒸留廃液の濃縮液として０４５トン（水分５０％）
をうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すフローシート、第２図
は第１図の実施例におｔｚ＝て得らｔｃる成分比率を示
す工程図である。 （１）・・・・・・・・・・・−・・連続爆砕機（２）
・・・・・・・・・・・・・・・抽出塔（３）・・・・
・・・・・・・・・・・回収塔（４）・・・・・・・・
・・・・・・・糖化槽（５）・・・・・・・・・・・・
・・・デカンクー（６）＋　（９）＋　（１，１）＋　
（１３）＋　（１，５）・・・・・・・・・・・・・・
・ポンプ（ア）・・・・・・・・・・・・・・・限外濾
過機（８）・・・・・・・・・・・・・・・クッション
タンク００）・・・・・・・・・・・・・・・連続発酵
槽（１２）・・・・・・・・・・・・・・・蒸留塔（１
４）・・・・・・・・・・・・・・・減圧プレート式濃
縮機（イ）、（ロ）、（ハ）、に）、（ホ）、（へ）、
　（））、　（デう（す）、し）、Ｑす、（ヲ）、（ワ
）、幌　（ヨ）、し）　・・・・・・・・・　配管（Ｉ
／）、（ソ）、（ツ）、けＬ）、　（′＋）、　　（う
）。 Ａ・・・・・・・・・・・・・・・原料Ｂ・・・・・・
・・・・・・・・・高圧スチームＣ・・・・・・・・・
・・・・・・水 Ｄ・・・・・・・・・・・・・・・有機溶媒Ｅ、　Ｅｌ
、　Ｅ２・・・・・・・・・・・・低圧スチームＦ・・
・・・−・・・・・・・・セルラーゼＧ・・・・・・・
・・・・・・・・キシロースイソメラーゼ１１・・・・
・・・・・・・・・・・炭酸ガス■・・・・・・・・・
・・・・・・燃料アルコールＪ、Ｊｌ、Ｊ２　・・−・
・・・・・・・飼料Ｋ・・・・・・・・・・・・・・・
キシロースＬ・・・・・・・・・・・・・・・リグニン
Ｍ・・・・・・・・・・・・・・・フラッシュペーパー
特許出願人　　ズ酒造株式会社 代　　理　　人　　　新　　実　　健　　部外１名 鮎　２秒 手続補正書 １、事件の表示　昭和５８年特許願第７５９３０壮２・
発明の名称　　　植物バイオマス資源の聡合利用可能な
処１４１１方法３補正をする者 ・ｌｉ　４’ｌとの関係　　特許出願人氏名（名（；１
・）　　　頁酒造株式会社４代理人　　　　〒６０４ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　　明１■占、発明の詳ｆｆｄ［Ｉなｉ
ｂＱ明の欄図面の簡単な説明の（）ゼ・ｊ ８補正の内容 補正の内容 １１）明細害、第５百第１行、「織、フィブリル化」と
あるを、「繊、フィブリル化」と補正する。 （２）同書、第７百第３行、「搾汁残香」とあるを、「
搾汁残渣」と補正する。 （３）同書、第７頁第１０行、「抽出塔」とあるを、「
抽出機」と補正する。 （４）同町、第７頁第１０、「リグニン（Ｌ＋）Ｊとあ
るを、「リグニン（Ｌ）」と補正する。 （５１同書、第８頁丁から７行目〜６行目、「ｒ、ｐｌ
ｍ　３ＤＯＯの」とあるを、ｒ　３００Ｏｒ、ｐ、ｍ、
　Ｊと補正する。 （６）　　同書、第１１頁第６行、「抽出塔」とあるを
、「抽出機」と補正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）植物バイオマス資源を高温高圧で蒸煮後、瞬時に
   人気又は大気近くの低温低圧条件下に放出Ｉ７て爆砕し
   、爆砕物の少なくとも一部を水及び有機溶媒で抽出し、
   水抽出画分からヘミセルロースを構成する単糖類を分離
   し、有機溶媒抽出画分からリグニンを分離し、抽出残渣
   としてセルロース画分を得ることを特徴とする植物バイ
   オマス資源の総合利用可能な処理方法。
2. （２）上記蒸煮をゲージ圧１５　Ｋｆ／ｃｄ　〜４０　
   Ｋ９／ｃｙｌ　の飽和水蒸気で１分〜２０分間実施する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。