JPS62181794A - 植物バイオマス資源の爆砕処理方法 - 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】 「産業上の利用分野」 自然界に豊富に存在する植物バイオマス資源を利用して
グルコース、エタノールを製造し、食用、工業用又はエ
ネルギー用として使用する試み及び該資源を反すう動物
の飼料又は菌茸類の培地として使用する試みは、古くか
ら多数の人々によって行われてきた。

しかし、植物バイオマス資源のセルロース質を利用する
場合、問題となるのはセルラーゼが作用し易い様にする
前処理方法である。

本発明は特にセルラーゼが作用しにくい難分解性植物バ
イオマス資源の爆砕方法に関するものである。

「従来の技術」 従来、前処理方法としては、ボール・ミルにより粒径５
０　ｐ以下に微粉砕することにより反応面積を大きくす
る微粉砕法があるが、粉砕に要する動力が大きいため、
未だ、実用化されていない。これに対して粉砕効率をあ
げるごとにより粉砕動力を少なくする目的で凍結粉砕法
が提案されているが、凍結のために要する動力が大きい
欠点がある。この他に物理的処理法として放射線照射法
などが提案されている。

化学的前処理法として、リン酸、硫酸などによるセルロ
ースの結晶性を減少する方法、苛性ソーダなどで脱リグ
ニン処理する方法などがある本発明者らは、植物バイオ
マス資源の前処理方法として、爆砕処理方法について研
究してきた。

爆砕処理法とは、植物バイオマス資源を１５〜４０　ｋ
ｇ／ｃｄの飽和水蒸気により数分間蒸煮処理後、瞬時に
圧力を開放し常圧下に放出し、材料内に含有する水の気
化に伴う爆発的な体積の膨張とノズルからの高速噴射に
よる機械的破壊によって材料を粉砕する方法である。

稲ワラやバガスなどの草本科植物、及び、ポプラなどの
広葉樹を前記爆破方法で処理すると、植物中のヘミセル
ロースはその構成糖であるキシロース、ガラクトース、
マンノース、グルコースなど水に可溶の単＃Ｎ類となる
。

また、水に不溶のリグニンには、エーテル結合やＣ−Ｃ
結合の部分的開裂などが起き、有機溶剤や希アルカリ溶
液に可溶な低分子リグニンとなる。これによってリグニ
ンやヘミセルロースによって取りかこまれていたセルロ
ースは、裸になると同時に前述の高速噴射により粉砕さ
れる。このため、この爆砕法によって前処理したセルロ
ースは、セルラーゼによって容易に糖化される。この爆
砕法及び糖化法について本発明者らは以下の文献に報告
している。

（１１配酵工学学会講演要旨集昭和５７年度第１７９頁
（２）〃　　　　　　　　昭和５８年度第２３３頁（３
）　　　　　　　　　　　　昭和５９年度第１４３頁（
４）〃　　　　　　　　昭和６０年度第１３６頁（５）
特開昭５９−２０４９９７号公報「発明が解決しようと
する問題点」 しかしながら、さらに各種木材について研究を行った結
果、杉、松、もみ、ラワン等の難分解性植物バイオマス
は、上記爆砕法による効果が少ないことが報告されてい
る。

（棚橋光彦：昭和５８年５月１３０京大木研公開講演会
要旨） これは難分解性植物バイオマスを構成するセルロース、
ヘミセルロース、リグニンの化学的性質および物理的構
造が草本類や広葉樹のそれと異なっていることによるも
のと考えられる。

そこで本発明においては特に難分解性植物バイオマス資
源のリグニンのエーテル結合や炭素−炭素結合の部分的
開裂を促進し、セルロース質にセルラーゼを作用させや
すくすることを技術的課題とする。

「問題点を解決するための手段」 上記技術的課題を解決するために、本発明は難分解性の
植物バイオマス資源を爆砕する方法において、下記１〜
４項の手段を用いる。そして得られた爆砕物は反すう動
物の飼料、菌茸類の培地、グルコース及びエタノールの
製造原料として利用される。

難分解性植物バイオマス資源としては、杉、松。

檜、カラマツ等の針葉樹及びラワン、モミ等の広葉樹が
あげられる。

又稲ワラ、バガス、竹、ポプラ等の易分解性植物バイオ
マス資源の爆砕処理にも下記の手段を用いる事により、
処理圧力や温度が低い、より温和な条件下で爆砕しても
所期の目的を達成出来る。

＋１１助剤が液体である場合 爆砕前及び又は後に該物質のチップ又は鋸屑を液体助剤
に浸漬し、処理するか又は該液体助剤を爆砕機内へ注入
し同時処理する。

液体助剤としては塩酸、亜塩素酸１次亜塩素酸、カルボ
ン酸過酸化物又は過酸化水素等が使用され、浸漬法の場
合は該溶液の濃度を０．０１〜ｌＯ％に、浸漬時間を１
分間から３日間にするの力（適当である。

又注入性の場合は薬液を木材チップの約２０％量木材チ
ップと同時に爆砕機内へ添加して行う。

爆砕は１５〜４０　ｋｇ／ｃａｌの飽和水蒸気で１〜６
０分間行うのが好適である。

（２）助剤が気体である場合（オゾンを除く）気体助剤
を爆砕機内へ導入し、水蒸気と該気体助剤とで該物質の
チッて鋸屑を同時処理する。

気体助剤としては亜硫酸ガス、塩素ガス又は酸素等が使
用される。

爆砕機内への該気体の導入は爆砕時の圧力より低い１〜
２５ｋｇ／ｃｄの該気体を予め封入した後、飽和又は過
熱水蒸気を導入するか又は飽和又は過熱水蒸気を封入し
た後に爆砕時の圧力より高い１５〜５０ｋｇ／−の該気
体を導入して行う。爆砕は１５〜４０ｋｇ／−の飽和水
蒸気又は過熱水蒸気で１〜６０分間蒸煮した後、大気圧
下に急激に開放して行うのが好適であるが、気体を水蒸
気の後で添加して行う爆砕法では、添加する気体の圧力
が更に加算され爆砕効果も増大する。

（３）助剤がオゾンである場合 該物質のチップ又は鋸屑をオゾンガスに暴露しオゾンと
反応後爆砕処理するか又は該物質を爆砕後オゾンガスに
暴露し処理する。

オゾン暴露法としては乾物１　ｋｇの該物質又は同爆砕
物を、直接気相、水又は有機溶媒等の溶液に懸濁させた
状態でオゾン発生器で発生させた０、１〜１０％オゾン
含有の酸素又は空気を１〜１００　ｊ！　／ｗｉｎの流
速で１−１００時間暴露するのが適当である。該物質又
は同爆砕物を水に懸濁させた状態でオゾンガスに暴露さ
せる場合は、ρ１１を酸性域で行うのが好適である。

又爆砕は１５〜４０　ｋｔｒ／ｃｄの飽和水蒸気で１〜
６０分間行うのが好適である。

（４）上記１〜３項に記載の処理方法を組み合わせた場
合 該物質のチップ又は鋸屑を上記１〜３項に記載の処理方
法の組み合わせにより処理する。

各々の処理の特徴を保持した組み合わせ処理は２１通り
が可能であるが、特に液体助剤浸漬法−気体導入爆砕法
及びオゾン暴露法−気体導入爆砕法の組み合わせ処理法
が好適であった。尚各処理条件は上記下段１〜３項に準
する。

２つ以上の処理条件を組み合わせることにより、各々の
処理条件および爆砕条件を軽減することが出来る。

「実施例」 以下、実施例をあげて本発明を説明する。

（実施例１）液体助剤使用の場合 杉、松及びラワン材チップ又は鋸屑を０．１〜５％の液
体助剤に１０〜２４時間浸漬し、又は原液を爆砕機に注
入し、表１に示す各条件下で爆砕した。

得られた爆砕物の一部を取り、５倍最の水で３回洗浄し
た後、凍結乾燥したものをセルロース両分とした。同セ
ルロース画分４％ヲｐＨ４，５クエン酸緩衝液に懸濁し
、メイセラーゼ（８０００Ｕ）を１％添加後４５℃、４
８時間振とう糖化し、液体クロマトグラフィーで生成グ
ルコースを測定し、糖化率を算出した結果は下表１の通
りである。

尚、比較例として難分解性植物バイオマスである杉、松
及びラワンおよび易分解性植物バイオマスである草本科
の稲ワラ、広葉樹のポプラに本発明の処理を施さない場
合も同表に付記した。

（以下比較例はすべて比と記す） （以下余白、次頁へ続く） 表　　　１ 上表から明らかな様に杉、松、ラワンについては液体助
剤を添加することにより、しない場合と比較して糖化率
を３〜５倍上げることが出来た。

（実施例２）気体助剤使用の場合 杉、松、ラワン及びポプラ材チップを１〜３４ｋｇ／ｃ
ｓ＆の気体助剤共存下で表２に示す各条件下で爆砕した
。

得られた爆砕物は実施例１と同様の方法で糖化し、糖化
率を算出した結果は下表の通りである。

尚、比較例として本発明の処理を施さない場合も同表に
付記した。

（以下余白、次頁へ続く） 表　　　２ 上表から明らかな様に杉、松、ラワンについては酸素添
加した場合は、しない場合と比較して糖化率が大幅に向
上した。

又ポプラ材については酸素のかわりに空気を添加するこ
とにより爆砕圧力を低下させることが出来た。

（実施例３）オゾン使用の場合 杉、松ラワンのチップ剤を２〜７％のオゾンに１０〜４
８時間暴露後、表３に示す条件下で爆砕するか又は該物
質を爆砕後オゾン処理した。

得られた爆砕物は実施例１と同様に処理し、糖化率を算
出した結果は下表の通りである。

尚、比較例として本発明の処理を施さない場合も同様に
付記した。

（以下余白、次頁へ続く） 上表から明らかな様に杉、松、ラワンについてはオゾン
処理した場合は、しない場合と比較して糖化率が大幅に
向上した。

又該物質又は同爆砕物を水にｊＬ［、ｉさせた状態でオ
ゾン処理する場合はｐＨを酸性域で行うのが好適である
ことがわかった。

（実施例４）実施例１〜３項記載の処理方法の組み合わ
せの場合 実施例１〜３の処理を組み合わせ、表４に示す条件下で
爆砕後糖化した。糖化率は下表の如くである。

（以下余白、次頁へ続く） 表　　　４ 低下余白、次頁へ続く） 上表から明らかな様に、各々の処理法を実施した場合よ
りも、液体助剤については薬剤濃度を下げ、気体助剤に
ついては爆砕条件を緩和してより高い糖化率を上げるこ
とが出来た。

「発明の効果」 難分解性植物バイオマス資源の爆砕にあたり、従来の爆
砕方法ではセルロース画分のセルラーゼによる糖化率は
２０〜４５％と低い値であったが、本発明を実施するこ
とにより同糖化率は飛躍的に増大する。又は同目的を達
成する処理条件を著しく緩和出来る。このことにより従
来利用が困難とみられていた難分解性植物バイオマス資
源に爆砕処理の道が開かれ、その結果難分解性植物バイ
オマス資源は反すう動物の飼料、菌茸類の培地及びグル
コース及びエタノール等の製造原料として有効に利用さ
れることとなり、当分野に画期的な効果がもたらされた
。

手続補正口 １、事件の表示　　昭和６１年特許願第７７３１１号２
、発明の名称　　植物バイオマス資源の爆砕処理方法３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　京都市伏見区竹中町６０９番地名称　　賓酒
造株式会社 代表取締役　　久　木　１）　稔 ５、自発補正 フ、補正の内容 （１）　　明ｔｉ８１Ｂ第４買上から８行目「水に不溶
のリグニンには」とあるを「水に不溶のリグニンは」と
補正する。

（２）明ＩＩ書第７真上から１０行目「チップ鋸屑」と
あるを「チップ支は鋸屑」と補正する。

（３）同　下から４行目１爆砕時の」とあるを「水蒸気
の」と補正する。

（４）明細書第１７頁表４爆砕の項 と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、植物バイオマス資源を爆砕処理する際、１つ以上の
   助剤（水蒸気以外の化学物質）を爆砕処理と同時及び又
   は前後において作用させ、爆砕することを特徴とする植
   物バイオマス資源の爆砕処理方法。 ２、植物バイオマス資源が難分解性の植物バイオマス資
   源であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   爆砕処理方法。 ３、助剤が液体の酸性物質又は酸化剤であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の爆砕処理方法。 ４、助剤が気体の酸性物質又は酸化剤であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の爆砕処理方法。 ５、液体の酸性物質が塩酸、亜塩素酸、次亜塩素酸又は
   酢酸であり、液体の酸化剤がカルボン酸過酸化物又は過
   酸化水素であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の爆砕処理方法。 ６、気体の酸性物質が亜硫酸ガスであり、気体の酸化剤
   がオゾン、酸素又は塩素であることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の爆砕処理方法。