JPS5971700A - セルロ−ス質材酵素加水分解の前処理方法 - 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】 本発明はセルロース質材酵素加水分解の前処理方法に関
するものである。

近年、自然界に豊富に存在するセルロースを分解し、エ
ネルギー、食料、工業原料の資源となるグルコースを生
産しようという試みが広く行われつ＼ある。

セルロースをグルコースに分解する方法としては、１凛
加水分解方法が穏やかな圧力・温度条件下で反応が進行
し、特異的で二次分解も起こらないという利点から用い
られようとしている。

しかし、木材、稲わら、小麦わら、トウモロコシの草葉
、バガス及び紙類などに含まれる天然のセルロースは一
般に結晶性が高く、またリグニン。

灰分などと混在しているため、酵素加水分解に対して強
い抵抗性を示し、反応速度は遅く、分解率は低いという
欠点がある。この欠点をとり除くため、酵素加水分解を
行う前に、ボールミルなどによる機械的粉砕、高温加熱
粉砕、？線照射による破壊などセルロースの非品性と反
応表面積を増大させる物理的前処理や、リン酸、硫酸、
塩化亜鉛。

カドキセン及び水酸化ナトリウムなどの試薬によリセル
ロースの結晶構造を破壊したり、リグニンを溶解除去す
るなどの化学的方法が前処理として行われている。

上記のような前処理方法は、稲わら、小麦わら。

バガスなどの草本類や、ブナ、ナラなどの広葉樹材には
効果があり、粉砕時間・温度・照射量・濃度などを十分
に与えてやればセルロースのはソ７００％が糖化される
。しかし、スギ、マツなどの針葉樹材は物理的構造、リ
グニン種及びセルロースの重合度、結晶化度の違いなど
の理由により、草本類、広葉樹材に比べ聞孝素加水分解
に対して強い抵抗性を示し、単なる物理的または化学的
前処理を行っても、糖化率を向上させることは困難であ
る。

本発明は、スギ、マツなどの針葉樹材の酵素加水分解の
前処理として、予め電子線または７線をＩＯ’ｒａｄ以
上１０　ｒａｄ以下照射したセルロース質材をアルカリ
水溶液による脱リグニンを行った後に粉砕を与えるとい
うものであり、この前処理方法により、スギ、マツなど
の針葉樹材のセルロースについても、酵素加水分解によ
って７００％近い糖化率か得られるというものである。

本発明Ｌ′−１する電子線またＧまγ線０照射Ｇ’！　
＝、　フルカリ水溶液による脱リグニン処理及び粉砕Ｇ
こよる非品性と反応表面積の増大を助長するものである
。

天然のセルロース質材に対する電子線またはγ線の照射
の効果は、セルロースの重合度の低下。

結晶量の減少、還元糖の生成及び機械的劣化などかある
が、それ自体で前処理として糖化率の増大を期待すれば
、草本類、広葉樹材でさＭｌｏ　　ｒａｄ以上の照射量
が必要であり、過大なエネルギーが必要となってしまう
。

それに対し、予め電子線またはｒ線を照射しておくこと
によって得られるアルカリ水溶液による脱リグニン処理
を容易にする効果や粉砕を容易Ｇこする効果はＩＯ’　
ｒａｄ程度の照射量でも明らかである。セルロース質材
中に含まれるリグニンは電子線または７！１４の照射に
より、その反応性が高められ、アルカリ水溶液処理によ
って容易に低分子化。

可溶化するようになる。その結果、アルカリ濃度。

処理温度、処理時間などの条件を緩和しても、容易ニセ
ルロースとリグニンとの微細な接合を離すことができ、
酵素加水分解反応に対しても、セルロース加水分解酵素
がリグニンに阻害されることなしに細胞壁のセルロース
層に到達できるようになり、糖化速度および糖化率は向
上する。

このとき、電子線または？線の照射量が１０　ｒａｄ以
上ではアルカリ水溶液に可溶なセルロース分が生成して
しまい、結局糖化率は低下してしまうため１０　　ｒａ
ｄ以下の照射量であることが必要である。

また、電子線またはｒ線の照射量がＩＯ’ｒａｄ以下で
あっても、、未照射のセルロース質材に対する脱リグニ
ンとして有効であるアルカリ濃度７０％以上や、処理温
度１０Ｏ０Ｃ以上などの処理条件では、電子線またはｌ
ｒ線の照射によって低分子化したセルロース分がアルカ
リ水溶液に可溶となり、糖化率が低下してしまう。アル
カリ水溶液による脱リグニン処理の条件としては、アル
カリ濃度０．７〜７０％、処理温度常温〜１００°Ｃの
範囲であることが適している。

本発明におけるアルカリ水溶液と、しては水酸化ナトリ
ウムの水溶液が適しているが、この池水酸化リチウム、
水酸化カリウム、アンモニア、水酸化カルシウムなどの
水溶液も適用することができる。

稲わら、バガスなどの草本類やブナ、ナラなどの広葉樹
材の一考素加水分解の前処理としては、上記までの電子
線またはｒ線の照射とアルカリ水溶液による脱リグニン
処理で前処理としては十分て、これによりそのセルロー
ス分のはｔ　１００％が糖化されるようになるが、スギ
、マツなどの針葉樹材は上記の処理を行ってもまだ７０
０％近くまで糖化が進行するようにはならない。

針葉樹材のセルロース分は、リグニン、灰分がほに完全
に除かれていても、その物理的、化学的構造により、酵
素加水分解に対して強い抵抗性を示す。

本発明は、電子線またはγ線を照射した針葉樹材をアル
カリ水溶液により脱リグニンしたものを粉砕することに
より、セルロース分の非晶度及び反応表面積を増大させ
ることにより、セルロース質のは！７００％をセルロー
ス加水分解６考素によって糖化させることができるとい
うものである。

この場合、脱リグニンが７００％行われていることが糖
化後桟ジ査が残らず好ましいが、リグニンが残っていて
もその微細な接合が壊れていれば、糖化が７００％進行
することには変りはない。

粉砕はボールミルや振動ミルなどによる微粉砕である。

未照射物に比べ、電子線またはγ線を照射したセルロー
ス質材は、粉砕が容易である。

以下、実施例に従って本発明を説明する。

（実施例） セルロース質材としてスギ（セルロース分を乙％）をハ
ンマーミルにより粉砕したもの＼うちｌ１２〜すＯク メツシュの試料に対し電子線加速器により２．１１　ｘ
　１０ｒａｄ照射したのち、ｑＯｏＣに保った２５倍量
の≠％水酸化ナトリウム水溶液に７時間浸漬し、シア別
して水及び酢酸水溶液で洗浄後、ボールミルにより２を
時間の粉砕を行った。

上記ノ処理を行ったスギを回収後、湿潤状態のま一１Ｐ
Ｈ４’、９の０．７Ｍ酢酸緩衝液とセルロース加水分解
ｓ素（商品名セルラーズオノズ力　近畿ヤクルト（株）
製）を基質２％（絶乾重量）凸輩素Ｏ０ｊ％となるよう
に加え、振盪培養機によって桔０Ｃでりｇ時間の糖化を
行ったのち、生成グルコース量を測定した。結果は表に
示したとおりである。比較のために、未照射のスギと同
じ条件で処理及び糖化を行ったとき、また２μ×１０ｒ
ａｄ電子線を照射したスギと同じ条件の水酸化す）　Ｉ
Ｊウム水溶液による処理のみ、或いは同じ条件のボール
ミルによる処理のみ行ったときの糖化の結果を示した。

表 ※値は（生成グルコース重量７元のスギ絶乾重量）とし
ての糖化率、かっこ内の値は（生成グルコース重量７元
のスギのセルロース重量）としての糖化率である。

表から明らかなように、電子線またはγ線の照射−アル
カリ水溶液による脱リグニン処理−粉砕という前処理に
よってスギのセルロース分は１００％近くまで糖化でき
る。

水酸化ナトリウム水溶液による脱リグニン処理及びボー
ルミルによる粉砕の条件を苛酷にしても、夫々単独であ
ればそれほど糖化率を向上させることはできない。例え
ば、水酸化ナトリウム水溶液への浸漬処理の温度を／乙
Ｏ０Ｃにしても、或いはボールミルの粉砕時間を７２時
間と、−ｐ　＜　ｔ、でも、夫々乙３７３％の対セルロ
ース分糖化率しか得られなかった。本発明の電子線また
はγ線照射−アルカリ水溶液による脱リグニン処理−粉
砕という夫々の処理と組合わせた処理によってはじめて
スギのセルロース分の殆と°゛が糖化することができた
。

代理人　弁理士　浦田清−ツ為 −４艮

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　予め電子線またはｆ線を７Ｑ　ｒａｄ以上ｌ０Ｉ
   Ｉｒａｄ以下照射したセルロース質材をアルカリ水溶液
   により脱リグニンを行い、さらに粉砕を行うことを特徴
   とするセルロース質材酵素加水分解の前処理方法。 ２、　アルカリ水溶液による脱リグニン処理として、ア
   ルカリ濃度が０７〜７０重量％であり、処理の温度が１
   ０００Ｃ以下である特許請求の範囲第１項記載のセルロ
   ース質材酵素加水分解の前処理方法。 ６、　セルロース質材がスギ、マツなどの針葉樹材であ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載のセルロース
   質材ａｌ素加水分解の前処理方法。