[go: up one dir, main page]

JP2012210160A - Method for producing monosaccharide - Google Patents

Method for producing monosaccharide Download PDF

Info

Publication number
JP2012210160A
JP2012210160A JP2011076548A JP2011076548A JP2012210160A JP 2012210160 A JP2012210160 A JP 2012210160A JP 2011076548 A JP2011076548 A JP 2011076548A JP 2011076548 A JP2011076548 A JP 2011076548A JP 2012210160 A JP2012210160 A JP 2012210160A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acid catalyst
catalyst
homogeneous acid
membrane
homogeneous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011076548A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Baba
英幸 馬場
Takafumi Kubo
貴文 久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Shokubai Co Ltd filed Critical Nippon Shokubai Co Ltd
Priority to JP2011076548A priority Critical patent/JP2012210160A/en
Publication of JP2012210160A publication Critical patent/JP2012210160A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing monosaccharides to produce the monosaccharides with higher yield and selectivity by effectively hydrolyzing polysaccharides.SOLUTION: The method for producing monosaccharides by hydrolyzing polysaccharides by using a homogeneous acid catalyst includes a heating step of raising the temperature of a mixture including the polysaccharides and water, and a hydrolyzation step of hydrolyzing the polysaccharides by heating the mixture to 200°C or higher and then adding the homogeneous acid catalyst thereto.

Description

本発明は、単糖類の製造方法に関する。より詳しくは、均一系酸触媒を用いた多糖類の加水分解による単糖類の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing monosaccharides. More specifically, the present invention relates to a method for producing monosaccharides by hydrolysis of polysaccharides using a homogeneous acid catalyst.

原油価格が高騰している近年、再生資源であるバイオマスからエタノールや乳酸等の化学品を製造する技術が注目を浴びている。中でも、セルロースやヘミセルロース等の多糖類を含むリグノセルロース系のバイオマスは、賦存量が莫大でありその利用が期待されているが、化学変換が困難であることから利用は一部に限られている。特にリグノセルロース系のバイオマスを化学変換する上でキーとなるのが、セルロースのグルコースへの糖化反応である。セルロースは結晶性が高いため加水分解を受けにくく、効率的にセルロースを糖化することは難易度が高い。糖化により生成した単糖類は微生物発酵のための原料として主に利用され、最終的にはエタノール等の化学品へ変換される。 In recent years, when the price of crude oil has soared, technology for producing chemicals such as ethanol and lactic acid from biomass, which is a recycled resource, has attracted attention. Among them, lignocellulosic biomass containing polysaccharides such as cellulose and hemicellulose is enormous and is expected to be used, but its use is limited because of its difficulty in chemical conversion. . In particular, the key to chemical conversion of lignocellulosic biomass is the saccharification reaction of cellulose into glucose. Since cellulose has high crystallinity, it is difficult to undergo hydrolysis, and it is difficult to efficiently saccharify cellulose. Monosaccharides produced by saccharification are mainly used as raw materials for microbial fermentation, and finally converted into chemicals such as ethanol.

実用化段階で検討されているセルロースの糖化方法としては、80%程度の高濃度硫酸中、低温条件でセルロースを処理する「濃硫酸法」、低濃度の硫酸水溶液中にて高温高圧でセルロースを処理する「希硫酸法」、セルラーゼ等の酵素を触媒としてセルロースを処理する「酵素法」が挙げられる(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照。)。特に、希硫酸法においては、セルロース等の反応原料を反応器に充填し、そこに触媒である希硫酸溶液を流通させる方法や、セルロース等の反応原料と水、触媒である希硫酸溶液、及び、熱源としての水蒸気をそれぞれ別々に反応器に供給し、それらを反応器入口で混合して反応を実施するという方法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
また、ヘテロポリ酸等の均一系酸触媒を用いて多糖類を加水分解する方法も知られている(例えば、特許文献1参照。)。
Cellulose saccharification methods being studied at the practical application stage include the “concentrated sulfuric acid method” in which cellulose is treated at a low temperature in 80% high-concentration sulfuric acid, and cellulose at high temperature and high pressure in a low concentration sulfuric acid aqueous solution. Examples include “diluted sulfuric acid method” for treating, and “enzymatic method” for treating cellulose using an enzyme such as cellulase as a catalyst (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). In particular, in the dilute sulfuric acid method, a reaction raw material such as cellulose is charged into a reactor, and a dilute sulfuric acid solution as a catalyst is circulated therein, a reaction raw material such as cellulose and water, a dilute sulfuric acid solution as a catalyst, and In addition, a method is known in which water vapor as a heat source is separately supplied to a reactor, and the reaction is performed by mixing them at the reactor inlet (see, for example, Non-Patent Document 1).
A method of hydrolyzing a polysaccharide using a homogeneous acid catalyst such as a heteropolyacid is also known (see, for example, Patent Document 1).

特許第4603627号公報(第1−2頁)Japanese Patent No. 4603627 (page 1-2)

バイオマスエネルギー利用の最新技術(2001年、シーエムシー出版)Latest technology of biomass energy utilization (2001, CMC Publishing) NEDO平成17年度成果報告書「セルロース系バイオマスを原料とする規エタノール発酵技術の開発/前処理・糖化・エタノール醗酵技術の開発」NEDO 2005 Results Report “Development of standard ethanol fermentation technology using cellulosic biomass / Development of pretreatment, saccharification, and ethanol fermentation technology”

上述のように、セルロースの糖化方法として種々の方法が実用化段階で検討されている。しかしながら、濃硫酸法においては、大量の硫酸を用いるためリサイクルする必要があり、硫酸の回収にかかるエネルギー、設備コストに課題があった。希硫酸法においては、反応副生成物が多く、単糖類の収率が低い等の課題があった。また、酵素法は、反応速度が遅い、酵素のコストが高いといった課題を有していた。このようにいずれの方法も実用化する上で大きな障害となる課題を有しており、更なる効果的な手法の開発が求められるところであった。 As described above, various methods for saccharification of cellulose have been studied at the practical application stage. However, in the concentrated sulfuric acid method, since a large amount of sulfuric acid is used, it is necessary to recycle, and there is a problem in energy and equipment cost for recovery of sulfuric acid. The dilute sulfuric acid method has problems such as a large amount of by-products and a low yield of monosaccharides. In addition, the enzymatic method has problems such as a slow reaction rate and a high enzyme cost. As described above, each method has a problem that becomes a major obstacle to putting it to practical use, and development of a more effective method has been demanded.

そのようなニーズから検討が行われている方法の一つとして、上述した特許文献1のヘテロポリ酸等の均一系酸触媒を用いた加水分解法が挙げられる。このバイオマス糖化方法は、効率的かつ経済的に多糖類から単糖類を製造することができる方法であり、また、低エネルギーコストで、均一系酸触媒含有溶液から均一系酸触媒を高効率に分離して、均一系酸触媒を高い回収率で回収することができる方法である。その中で行われる加水分解反応は、セルロースを含む原料、触媒及び水を混合して加熱することで行われるが、そのようなセルロースの加水分解反応では、目的とするセルロースの加水分解反応のみならず、目的生成物であるグルコースが更に分子内脱水することによりフルフラール類が生成するような副反応が逐次的に進行することが知られている。そして、セルロースの加水分解反応に比べて、当該副反応はより低温で進行し易い反応であるため、セルロースを含む原料、触媒及び水からなる反応混合物の昇温を始めてから加水分解反応が活発に進行する温度に到達するまでの時間が長くなるほど、それだけ副反応が進行してしまい、良好な反応選択率を得ることが難しくなる。したがって、上記セルロースの加水分解反応は、セルロースを含む原料、触媒及び水からなる反応混合物をできるだけ迅速に高温まで昇温して短時間のうちに反応を完了させることが良好な反応選択率を得る上で理想的と言える。しかしながら、経済性、装置の設計上の制約の点から、工業生産に適した装置で当該反応を理想に近い条件で実施することは容易なことではなく、加水分解反応時の副生成物の生成をより抑制して、多糖類からより高い収率、選択率で単糖類を製造することができる製造方法の開発が課題となっていた。 One of the methods that have been studied from such needs is a hydrolysis method using a homogeneous acid catalyst such as the heteropolyacid of Patent Document 1 described above. This biomass saccharification method is a method capable of efficiently and economically producing monosaccharides from polysaccharides, and at a low energy cost, efficiently separating homogeneous acid catalysts from a solution containing homogeneous acid catalysts. Thus, the homogeneous acid catalyst can be recovered at a high recovery rate. The hydrolysis reaction performed therein is performed by mixing raw materials containing cellulose, a catalyst and water and heating. However, in such a hydrolysis reaction of cellulose, only the target cellulose hydrolysis reaction can be performed. In addition, it is known that side reactions such that furfurals are generated sequentially by further intramolecular dehydration of the target product glucose. And since the said side reaction is reaction which is easy to advance at low temperature compared with the hydrolysis reaction of a cellulose, after a temperature rise of the reaction mixture which consists of a raw material containing a cellulose, a catalyst, and water starts, a hydrolysis reaction becomes active As the time to reach the proceeding temperature becomes longer, the side reaction proceeds accordingly, and it becomes difficult to obtain a good reaction selectivity. Therefore, in the hydrolysis reaction of the cellulose, it is possible to obtain a favorable reaction selectivity by raising the reaction mixture comprising the raw material containing cellulose, the catalyst and water to a high temperature as quickly as possible to complete the reaction in a short time. This is ideal. However, due to economic and device design constraints, it is not easy to carry out the reaction under ideal conditions with a device suitable for industrial production, and by-products are generated during the hydrolysis reaction. Development of a production method capable of producing monosaccharides at a higher yield and selectivity from polysaccharides has been an issue.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、効率的に多糖類を加水分解し、単糖類をより高い収率、選択率で製造することができる単糖類の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a method for producing a monosaccharide capable of efficiently hydrolyzing a polysaccharide and producing a monosaccharide with a higher yield and selectivity. With the goal.

本発明者は、均一系酸触媒を用いて多糖類を加水分解し、単糖類を製造する方法について種々検討を行い、多糖類の加水分解反応が、触媒存在下に比べて無触媒条件下では非常に反応速度が遅いという点に着目した。そして、まず多糖類と水とを含む混合物を加熱して昇温し、加水分解反応の至適温度に達した時点で触媒を添加して多糖類の加水分解反応を行うこととすると、多糖類、水及び触媒をあらかじめ一括混合した後に加熱して昇温する場合に比べて、昇温途中での副反応の進行を抑えることができるために、工業生産において現実的なレベルの緩やかな昇温条件であっても、目的とする単糖類をより高い収率、選択率で製造することが可能であることを見出し、上記課題を見事に解決することができることに想到して、本発明に到達したものである。 The present inventor has conducted various studies on a method for producing a monosaccharide by hydrolyzing a polysaccharide using a homogeneous acid catalyst, and the hydrolysis reaction of the polysaccharide is performed under non-catalytic conditions as compared with the presence of the catalyst. We focused on the very slow reaction rate. And, first, when the mixture containing the polysaccharide and water is heated to raise the temperature, and when the temperature reaches the optimum temperature for the hydrolysis reaction, the polysaccharide is hydrolyzed by adding the catalyst. Compared to the case where water and catalyst are mixed together in advance and then heated to increase the temperature, the side reaction during the temperature increase can be prevented from progressing. The inventors have found that the desired monosaccharide can be produced with higher yield and selectivity even under the conditions, and have arrived at the present invention by conceiving that the above problems can be solved brilliantly. It is a thing.

すなわち本発明は、均一系酸触媒を用いて多糖類を加水分解し、単糖類を製造する方法であって、上記製造方法は、多糖類と水とを含む混合物を昇温する加熱工程と、上記混合物が200℃以上に加熱された後に均一系酸触媒を添加して多糖類の加水分解を行う加水分解工程とを含む単糖類の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
That is, the present invention is a method for producing a monosaccharide by hydrolyzing a polysaccharide using a homogeneous acid catalyst, wherein the production method comprises a heating step of raising the temperature of the mixture containing the polysaccharide and water, And a hydrolysis step of hydrolyzing the polysaccharide by adding a homogeneous acid catalyst after the mixture is heated to 200 ° C. or higher.
The present invention is described in detail below.

本発明の単糖類の製造方法は、多糖類と水とを含む混合物を昇温する加熱工程と、多糖類と水とを含む混合物が200℃以上に加熱された後に均一系酸触媒を添加して多糖類の加水分解を行う加水分解工程とを含むものである。これらの工程はいずれも、1度行ってもよく、2度以上行ってもよい。また、これらの工程を含む限り、その他の工程を含んでいてもよい。 The method for producing a monosaccharide of the present invention includes a heating step of heating a mixture containing a polysaccharide and water, and a homogeneous acid catalyst is added after the mixture containing the polysaccharide and water is heated to 200 ° C. or higher. And hydrolyzing the polysaccharide. Any of these steps may be performed once or twice or more. Moreover, as long as these processes are included, other processes may be included.

本発明における加熱工程は、多糖類と水とを含む混合物を昇温する工程であるが、上記混合物は、多糖類と水とを含むものであればその他の成分を含んでいてもよい。ただし、本発明は、多糖類と水とを含むが均一系酸触媒を含まない混合物をまず加熱、昇温し、加水分解反応の至適温度に達した時点で均一系酸触媒を添加して多糖類の加水分解反応を行うことにより、昇温途中での副反応の進行を抑えることができるところに技術的特徴を有するものであるから、上記混合物は、200℃に達する前には均一系酸触媒を実質的に含んでいないことが好ましい。ここで、混合物が実質的に均一系酸触媒を含んでいない形態には、混合物が200℃に達する前には均一系酸触媒が混合物中に全く含まれていない形態に加えて、200℃に達する前の時点で均一系酸触媒が混合物中に少量含まれているが、混合物中に少量均一系酸触媒が含まれていることに起因する副反応の進行が目的生成物である単糖類の収率、選択率に大きな影響を与えず、均一系酸触媒が混合物中に全く含まれていない形態と同程度の効果を有する形態も含まれる。
上記混合物としては、200℃に達する前には均一系酸触媒を全く含まない形態、すなわち、均一系酸触媒を除く多糖類と水とを含む形態であることがより好ましい。
The heating step in the present invention is a step of raising the temperature of the mixture containing polysaccharide and water, but the mixture may contain other components as long as it contains polysaccharide and water. However, in the present invention, the mixture containing the polysaccharide and water but not containing the homogeneous acid catalyst is first heated and heated, and when the temperature reaches the optimum temperature for the hydrolysis reaction, the homogeneous acid catalyst is added. By carrying out the hydrolysis reaction of the polysaccharide, it has a technical feature in that the progress of the side reaction during the temperature rise can be suppressed. Therefore, the mixture is homogeneous before reaching 200 ° C. It is preferable that the acid catalyst is not substantially contained. Here, in a form in which the mixture does not substantially contain a homogeneous acid catalyst, in addition to a form in which no homogeneous acid catalyst is contained in the mixture before the mixture reaches 200 ° C., The homogeneous acid catalyst is contained in a small amount in the mixture before reaching the target, but the side reaction caused by the inclusion of the small amount of homogeneous acid catalyst in the mixture is caused by the monosaccharide that is the target product. Also included are forms that do not significantly affect the yield and selectivity and have the same effect as a form in which no homogeneous acid catalyst is contained in the mixture.
The mixture is more preferably a form containing no homogeneous acid catalyst before reaching 200 ° C., that is, a form containing polysaccharide and water excluding the homogeneous acid catalyst.

本発明においては混合物が200℃に達し、加水分解工程を開始する前まで反応系に均一系酸触媒を実質的に加えない無触媒状態とするため、副反応の進行は非常に遅いものである。したがって、上記加熱工程における昇温条件は、無触媒状態における多糖類の分解による副生成物の生成が問題になる程緩やかに昇温しない限り、特に制限されず、その下限としては、例えば、0.3℃/秒が好ましい。下限としてより好ましくは、0.5℃/秒であり、更に好ましくは、0.7℃/秒である。また、上記昇温条件の上限としては、50℃/秒が好ましい。 In the present invention, the side reaction proceeds very slowly because the mixture reaches 200 ° C. and is in a non-catalytic state in which the homogeneous acid catalyst is not substantially added to the reaction system until the hydrolysis step is started. . Accordingly, the temperature raising conditions in the heating step are not particularly limited unless the temperature rises so slowly that the generation of by-products due to the decomposition of the polysaccharide in the non-catalytic state becomes a problem. .3 ° C./second is preferred. More preferably, the lower limit is 0.5 ° C./second, and more preferably 0.7 ° C./second. Moreover, as an upper limit of the said temperature rising conditions, 50 degree-C / sec is preferable.

本発明における加水分解工程は、上記加熱工程により多糖類と水とを含む混合物が200℃以上に加熱された後に、均一系酸触媒を混合物中に添加して多糖類の加水分解反応を行う工程である。
上記均一系酸触媒の添加形式としては、添加して均一系酸触媒と多糖類とが水の存在下に接触することとなれば特に制限されないが、均一系酸触媒を含有する水溶液を多糖類と水とを含む混合物に添加する形態が好ましい。添加は一括で行ってもよく、複数回に分けてもよいが、単糖類の収率、選択率を高める点から一括で行うことが好ましい。
上記加水分解工程における反応器形式は、バッチ反応器、連続反応器、半連続反応器などが挙げられ、これらの中でも、好ましくは、連続反応器である。
また、反応の際に有機溶媒を混合しても良く、そのような有機溶媒としては、エタノール、ブタノール、アセトンなどが挙げられる。
The hydrolysis step in the present invention is a step of performing a hydrolysis reaction of the polysaccharide by adding a homogeneous acid catalyst to the mixture after the mixture containing the polysaccharide and water is heated to 200 ° C. or higher by the heating step. It is.
The addition form of the homogeneous acid catalyst is not particularly limited as long as the homogeneous acid catalyst and the polysaccharide come into contact with each other in the presence of water, but the aqueous solution containing the homogeneous acid catalyst is a polysaccharide. The form added to the mixture containing water and water is preferred. The addition may be performed in a lump or may be divided into a plurality of times, but is preferably performed in a lump in order to increase the yield and selectivity of monosaccharides.
Examples of the reactor type in the hydrolysis step include a batch reactor, a continuous reactor, and a semi-continuous reactor. Among these, a continuous reactor is preferable.
Further, an organic solvent may be mixed during the reaction, and examples of such an organic solvent include ethanol, butanol, and acetone.

上記加水分解工程は、上記加熱工程により多糖類と水とを含む混合物が200℃以上に加熱された後に、均一系酸触媒を混合物中に添加するものであるが、均一系酸触媒添加時の混合物の温度は、高すぎてもその後の加水分解反応の制御が難しくなり経済的にも不利となるおそれがあることから、300℃以下であることが好ましい。より好ましくは、210〜270℃であり、更に好ましくは、220〜260℃であり、特に好ましくは、230〜250℃である。
また、混合物の温度が200℃以上になってから、均一系酸触媒を添加するまでの時間は、長ければ長いほどそれだけ反応選択率の低い無触媒反応が進行することとなるので、混合物の温度が加水分解工程を行う温度に達すると同時に均一系酸触媒を添加することが好ましい。
In the hydrolysis step, the homogeneous acid catalyst is added to the mixture after the mixture containing the polysaccharide and water is heated to 200 ° C. or higher in the heating step. Even if the temperature of the mixture is too high, it is difficult to control the subsequent hydrolysis reaction, which may be disadvantageous economically. More preferably, it is 210-270 degreeC, More preferably, it is 220-260 degreeC, Most preferably, it is 230-250 degreeC.
In addition, since the longer the time from when the temperature of the mixture becomes 200 ° C. or more to the addition of the homogeneous acid catalyst, the longer the non-catalytic reaction with a lower reaction selectivity proceeds, the temperature of the mixture It is preferable to add the homogeneous acid catalyst at the same time as the temperature reaches the temperature at which the hydrolysis step is carried out.

上記加水分解工程における均一系酸触媒の濃度としては、均一系酸触媒と反応系中に存在する水との質量割合(均一系酸触媒:水)が、0.1:99.9〜50:50であることが好ましい。このような触媒濃度とすることにより、反応、及び、触媒のリサイクルをより効率的で経済的なものとすることができる。均一系酸触媒の濃度としてより好ましくは、0.5:99.5〜30:70であり、更に好ましくは、1:99〜20:80である。
なお、ここで言う水とは、反応系中に存在する水の総量のことを意味しており、原料が含む水分、及び、混合物に加えられる水等全てを含む。水を添加したり、除去したりすることで水分量を変化させることが可能であるが、ここでは加水分解反応開始時の水分量と定義する。
また、均一系酸触媒の濃度が質量割合で50:50とは、質量%で表すと50%となる。本発明では、特に断りの無い限り、%は質量%を表すこととする。
As the concentration of the homogeneous acid catalyst in the hydrolysis step, the mass ratio of the homogeneous acid catalyst to water present in the reaction system (homogeneous acid catalyst: water) is 0.1: 99.9 to 50: 50 is preferable. By setting such a catalyst concentration, the reaction and the recycling of the catalyst can be made more efficient and economical. More preferably, it is 0.5: 99.5-30: 70 as a density | concentration of a homogeneous acid catalyst, More preferably, it is 1: 99-20: 80.
In addition, the water said here means the total amount of the water which exists in a reaction system, and includes all the water etc. which are added to the water | moisture content which a raw material contains and a mixture. The amount of water can be changed by adding or removing water, but here it is defined as the amount of water at the start of the hydrolysis reaction.
Moreover, the density | concentration of a homogeneous acid catalyst will be 50% when it represents with mass ratio 50:50. In the present invention, unless otherwise specified,% represents mass%.

本発明の製造方法に供される混合物は、多糖類、水、均一系酸触媒の他、後述する有機溶媒等を含んでいてもよいが、混合物全体100質量%に対する多糖類と水との合計質量は、80質量%以上であることが好ましい。このような混合物を用いることで、単糖類をより高い収率、選択率で得ることができる。より好ましくは、90質量%以上であり、更に好ましくは、95質量%以上である。
そして更に、上記加水分解工程における多糖類の濃度としては、多糖類と水とを含む混合物総量に対する多糖類の質量%として、1〜70%が好ましく、5〜60%がより好ましく、10〜50%が更に好ましい。
ここで多糖類と水とを含む混合物総量は、多糖類、水の他、均一系触媒、上記有機溶媒等のその他の溶媒等、加水分解工程に供される全てを含む質量を意味する。また、多糖類の質量は乾燥体質量を意味する。
The mixture provided for the production method of the present invention may contain, in addition to polysaccharides, water, a homogeneous acid catalyst, an organic solvent described later, etc., but the total of polysaccharides and water with respect to 100% by mass of the entire mixture. The mass is preferably 80% by mass or more. By using such a mixture, monosaccharides can be obtained with higher yield and selectivity. More preferably, it is 90 mass% or more, More preferably, it is 95 mass% or more.
Furthermore, the concentration of the polysaccharide in the hydrolysis step is preferably 1 to 70%, more preferably 5 to 60%, and more preferably 10 to 50%, as the mass% of the polysaccharide with respect to the total amount of the mixture containing polysaccharide and water. % Is more preferable.
Here, the total amount of the mixture containing the polysaccharide and water means a mass including all of the polysaccharide, water, a homogeneous catalyst, and other solvents such as the organic solvent, etc. that are subjected to the hydrolysis step. Moreover, the mass of a polysaccharide means a dry body mass.

上記加水分解工程における加水分解反応は、200〜300℃で行うことが好ましい。
加水分解反応は、温度が高いほうが、加水分解の反応速度が上がり、単糖類の最大収率が上がることになるが、製造コスト等も考慮すると、200〜300℃で行うことが好ましい。より好ましくは、210〜270℃であり、更に好ましくは、220〜260℃であり、特に好ましくは、230〜250℃である。
また、上記加水分解工程における反応圧力は、0.01〜100MPaであることが好ましく、0.03〜70MPaがより好ましく、0.05〜50MPaが更に好ましい。反応圧力をこのような圧力とする方法は特に制限されないが、加圧状態とする場合には、窒素、アルゴン等の不活性ガスを反応容器内に導入することが好ましい。
反応液pHとしては、pH4以下であることが好ましく、pH3以下であることがより好ましく、pH2以下であることが更に好ましい。
The hydrolysis reaction in the hydrolysis step is preferably performed at 200 to 300 ° C.
The higher the temperature, the higher the hydrolysis reaction rate and the maximum yield of monosaccharides, but the hydrolysis reaction is preferably carried out at 200 to 300 ° C. in consideration of production costs and the like. More preferably, it is 210-270 degreeC, More preferably, it is 220-260 degreeC, Most preferably, it is 230-250 degreeC.
Moreover, it is preferable that the reaction pressure in the said hydrolysis process is 0.01-100 Mpa, 0.03-70 Mpa is more preferable, 0.05-50 Mpa is still more preferable. The method for setting the reaction pressure to such a pressure is not particularly limited, but in the case of a pressurized state, it is preferable to introduce an inert gas such as nitrogen or argon into the reaction vessel.
The reaction solution pH is preferably pH 4 or lower, more preferably pH 3 or lower, and still more preferably pH 2 or lower.

上記加水分解工程における反応時間としては、0.1〜1000分が好ましい。反応時間が0.1分より短いと、単糖類の加水分解を充分に進めることができず、単糖類の収率が充分なものとならないおそれがある。また、反応時間が1000分より長いと、単糖類の過分解が起こり、単糖類の選択率が低下するおそれがある。特に加水分解反応の反応温度が高いと、単糖類の最大収率は高くなるが、単糖類の過分解の反応速度も上がるため、より短時間で単糖類の過分解が進行し、収率、選択率が低下することになる。より好ましくは、0.2〜200分であり、更に好ましくは、0.3〜60分である。 The reaction time in the hydrolysis step is preferably 0.1 to 1000 minutes. If the reaction time is shorter than 0.1 minutes, the hydrolysis of the monosaccharide cannot be sufficiently advanced, and the yield of the monosaccharide may not be sufficient. On the other hand, if the reaction time is longer than 1000 minutes, the monosaccharide is excessively decomposed, and the selectivity for the monosaccharide may be reduced. In particular, when the reaction temperature of the hydrolysis reaction is high, the maximum yield of monosaccharide increases, but the reaction rate of monosaccharide overdegradation also increases, so that the monosaccharide overdegradation proceeds in a shorter time, yield, The selectivity will be reduced. More preferably, it is 0.2-200 minutes, More preferably, it is 0.3-60 minutes.

上記加水分解工程においては、加水分解反応を多段階で行っても良い。特に多糖類としてリグノセルロースを用いる場合には、多段で行うことが好ましい。これはリグノセルロースに含まれるヘミセルロースとセルロースの分解温度範囲が異なるためである。すなわち、一段目では比較的弱い条件で分解可能なヘミセルロースを分解し、二段目でより厳しい条件にしてセルロースの分解を行うことが好ましい。一段目と二段目に用いる均一系酸触媒は同一のものを用いても良く、異なるものを用いても良い。 In the hydrolysis step, the hydrolysis reaction may be performed in multiple stages. In particular, when lignocellulose is used as the polysaccharide, it is preferably performed in multiple stages. This is because the decomposition temperature ranges of hemicellulose and cellulose contained in lignocellulose are different. That is, it is preferable to decompose hemicellulose which can be decomposed under relatively weak conditions in the first stage and to decompose cellulose under more severe conditions in the second stage. The homogeneous acid catalyst used in the first stage and the second stage may be the same or different.

本発明において用いられる多糖類としては、リグノセルロース、セルロース、及び、キシラン、アラビナン、マンナン、ガラクタン等のヘミセルロース類、キチン、キトサン、アガロース、アルギン酸、カラギーナン、β−グルカン、及び、デンプン等が挙げられる。好ましくは、リグノセルロース、セルロース、ヘミセルロース類であり、より好ましくは、リグノセルロース、セルロースである。
リグノセルロースとは、リグニンを含んだセルロース質、及び、ヘミセルロース質のことであり、植物に多量に存在するバイオマスである。
Examples of the polysaccharide used in the present invention include lignocellulose, cellulose, hemicelluloses such as xylan, arabinan, mannan, and galactan, chitin, chitosan, agarose, alginic acid, carrageenan, β-glucan, and starch. . Lignocellulose, cellulose and hemicellulose are preferable, and lignocellulose and cellulose are more preferable.
Lignocellulose is a cellulosic and hemicellulosic material containing lignin, and is a biomass present in large quantities in plants.

上記多糖類の由来としては、針葉樹、広葉樹、草本類、ヤシ類、藻類、海藻類等の植物、微生物由来のバイオマスが好ましい。具体的には、針葉樹、広葉樹由来の廃木材又は古紙、サトウキビ(バガス、葉)、トウモロコシ(芯、葉)、稲藁、麦藁、スウィッチグラス、アブラヤシ(幹、葉、空果房、実の絞りかす)、藻類(細胞壁、細胞内固形分)、海藻類(細胞壁、細胞内固形分)等のバイオマスが好ましく、より好ましくは、アブラヤシ等のヤシ類の幹、葉、空果房、実の絞りかす、及び、藻類の細胞壁、細胞内固形分であり、さらに好ましくは、ヤシ類の空果房、及び、藻類の細胞壁、細胞内固形分である。ヤシ類の空果房は多量に廃棄されているため入手しやすく、藻類はリグニンを含まないため分解しやすいというメリットがある。多糖類は粉砕、乾燥などの前処理を行い、反応に使用してもよい。 As the origin of the polysaccharide, plants such as conifers, hardwoods, herbs, palms, algae, seaweeds, and biomass derived from microorganisms are preferable. Specifically, waste wood or waste paper derived from conifers, hardwoods, sugarcane (bagasse, leaves), corn (core, leaves), rice straw, wheat straw, switchgrass, oil palm (stems, leaves, empty fruit bunches, fruit squeezes Biomass) such as seaweed, algae (cell wall, intracellular solids), seaweed (cell wall, intracellular solids), etc., more preferably palm stems such as oil palm, leaves, empty fruit bunches, fruit squeezes Dust and algae cell walls and intracellular solids, more preferably empty fruit bunch of palms and algae cell walls and intracellular solids. The empty fruit bunch of palms is easily obtained because it is discarded in large quantities, and the algae has the merit of being easily decomposed because it does not contain lignin. The polysaccharide may be used for the reaction after pretreatment such as grinding and drying.

上記原料多糖類中に存在する塩類、リグニン、又は、ヘミセルロースは、前処理工程で取り除いてから用いることが好ましい。このような塩類、リグニン、又は、ヘミセルロースを取り除く工程をそれぞれ脱塩工程、脱リグニン工程、脱ヘミセルロース工程と定義する。リグノセルロース等の天然のバイオマスは一般に多様な塩類を含んでおり、これらの塩類が均一系酸触媒と混合されると塩交換を起こす。塩交換は、触媒種の変化、酸強度の低下等をもたらすため、塩類は可能な限り取り除くことが好ましい。
特に、均一系酸触媒として後述するヘテロポリ酸を用いる場合には、塩交換により均一系酸触媒が不溶化し、極端に活性が低下する等、触媒損失の原因となることから、このような析出を回避するためにも脱塩工程を経た多糖類を使用することが好ましい。
The salts, lignin or hemicellulose present in the raw material polysaccharide is preferably used after being removed in the pretreatment step. The process of removing such salts, lignin, or hemicellulose is defined as a desalting process, a delignification process, and a dehemicellulose process, respectively. Natural biomass such as lignocellulose generally contains a variety of salts, and when these salts are mixed with a homogeneous acid catalyst, salt exchange occurs. Since salt exchange causes a change in catalyst species, a decrease in acid strength, and the like, it is preferable to remove salts as much as possible.
In particular, when the heteropolyacid described later is used as the homogeneous acid catalyst, the homogeneous acid catalyst is insolubilized by salt exchange and the activity is extremely reduced. In order to avoid this, it is preferable to use a polysaccharide that has undergone a desalting step.

また、リグニンは、均一系酸触媒を吸着する場合があるため、反応原料中にリグニンが存在すると、単糖類の収率が低下したり、触媒の回収率が低下したりする原因となる。加水分解反応前の脱リグニン工程でリグニンを除去することで、加水分解反応による単糖類の収率を向上させ、加水分解反応後の触媒の回収率を高めることができる。
更に、リグニンは低分子化して発酵阻害の原因となることがあるため、リグニンを除去することで発酵阻害も回避することができる。
In addition, since lignin may adsorb a homogeneous acid catalyst, the presence of lignin in the reaction raw material may cause the yield of monosaccharides to decrease or the catalyst recovery rate to decrease. By removing lignin in the delignification step before the hydrolysis reaction, the yield of monosaccharides by the hydrolysis reaction can be improved, and the recovery rate of the catalyst after the hydrolysis reaction can be increased.
Furthermore, since lignin may be reduced in molecular weight and cause fermentation inhibition, fermentation inhibition can be avoided by removing lignin.

また、リグノセルロース等のバイオマスが含有するヘミセルロースは、結晶性セルロースよりも低い温度で分解する。したがって、セルロースの分解を目的として本発明を実施する場合においては、原料多糖類中にヘミセルロースが存在すると、過分解によりフルフラール等の副生成物が生成する。これは、ヘミセルロース由来の単糖類の収率低下、及び、フルフラール等による発酵阻害の原因となるため、ヘミセルロースは予め取り除くことが好ましい。 Moreover, hemicellulose contained in biomass such as lignocellulose decomposes at a lower temperature than crystalline cellulose. Therefore, in the case where the present invention is carried out for the purpose of decomposing cellulose, if hemicellulose is present in the raw material polysaccharide, a by-product such as furfural is generated by overdecomposition. Since this causes a decrease in the yield of monosaccharides derived from hemicellulose and fermentation inhibition due to furfural or the like, it is preferable to remove hemicellulose in advance.

上記脱塩工程としては、水等の溶媒で溶出させ除去する方法、溶媒に更に酸又はアルカリを添加して、酸分解又はアルカリ分解を伴いながら溶出させ除去する方法等が挙げられる。加熱によって溶出を促進させてもよい。好ましくは、熱水中で溶出させ除去する方法、酸又はアルカリを添加した熱水中で溶出させ除去する方法である。これらの方法は、1つを行ってもよく、2つ以上を組み合わせて行ってもよい。 Examples of the desalting step include a method of elution and removal with a solvent such as water, a method of further adding an acid or alkali to the solvent, and elution and removal with acid decomposition or alkali decomposition. Elution may be promoted by heating. A method of elution and removal in hot water is preferred, and a method of elution and removal in hot water to which an acid or alkali is added. One of these methods may be performed, or two or more methods may be combined.

上記脱塩工程で用いる酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ポリ酸、炭酸等の鉱酸類、酢酸、スルホン酸等の有機酸等が好ましく、アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、アンモニア等が好ましい。これらの中でも、硫酸、炭酸、塩酸、水酸化ナトリウム、アンモニアがより好ましく、硫酸、水酸化ナトリウムが更に好ましい。 The acid used in the desalting step is preferably a mineral acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, polyacid, or carbonic acid, or an organic acid such as acetic acid or sulfonic acid, and the alkali is sodium hydroxide or hydroxide. Potassium, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonia and the like are preferable. Among these, sulfuric acid, carbonic acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide, and ammonia are more preferable, and sulfuric acid and sodium hydroxide are more preferable.

上記脱塩工程においては、原料多糖類に溶媒を添加した後、10〜200℃の温度で塩を溶出させることが好ましい。このような温度で処理することで、塩を充分に溶出させることができる。より好ましくは、20〜150℃であり、更に好ましくは、50〜120℃である。
また、塩を溶出させる処理の時間は、0.01〜10時間であることが好ましい。より好ましくは、0.05〜3時間であり、更に好ましくは、0.1〜1時間である。
In the desalting step, it is preferable to elute the salt at a temperature of 10 to 200 ° C. after adding a solvent to the raw material polysaccharide. By treating at such a temperature, the salt can be sufficiently eluted. More preferably, it is 20-150 degreeC, More preferably, it is 50-120 degreeC.
Moreover, it is preferable that the time of the process which elutes a salt is 0.01 to 10 hours. More preferably, it is 0.05-3 hours, More preferably, it is 0.1-1 hour.

上記脱塩工程では、脱塩工程前に原料中に存在する塩類のうち、50%以上を取り除くことが好ましく、80%以上を取り除くことがより好ましく、90%以上を取り除くことが更に好ましい。
塩類の含有量は、灰分量測定、蛍光X線測定、イオンクロマト法、ICP(誘導結合プラズマ)発光分析法等により求めることができる。
In the desalting step, it is preferable to remove 50% or more of the salts present in the raw material before the desalting step, more preferably 80% or more, and still more preferably 90% or more.
The salt content can be determined by ash content measurement, fluorescent X-ray measurement, ion chromatography, ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry, or the like.

上記脱リグニン工程としては、アルカリ性水溶液で溶出させ除去する方法、有機溶媒を含有する溶液で溶出させ除去する方法が好ましい。有機溶媒には、酸又はアルカリを添加して用いてもよい。酸又はアルカリを添加することで、リグニンの分解を促進することができる。また加熱によって溶出、分解を促進させてもよい。 As the delignification step, a method of removing by eluting with an alkaline aqueous solution or a method of removing by eluting with a solution containing an organic solvent is preferable. An acid or an alkali may be added to the organic solvent. By adding an acid or an alkali, decomposition of lignin can be promoted. Further, elution and decomposition may be promoted by heating.

上記脱リグニン工程で用いる酸又はアルカリとしては、上記脱塩工程で用いるものと同様のものを用いることができる。上記脱リグニン工程で用いる有機溶媒としては、アセトン、エタノール、ブタノール、メタノール、プロパノール、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ヘキサン、トルエン等を用いることができ、これらの中でも、アセトン、エタノール、ブタノールが好ましく、アセトンがより好ましい。 The acid or alkali used in the delignification step can be the same as that used in the desalting step. As the organic solvent used in the delignification step, acetone, ethanol, butanol, methanol, propanol, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, hexane, toluene and the like can be used. Among these, acetone, ethanol, butanol are preferable, and acetone is more preferable. preferable.

上記脱リグニン工程においては、原料多糖類中に溶液を添加した後、10〜200℃の温度で処理することが好ましい。このような温度で処理することで、リグニンを充分に溶出させることができる。より好ましくは、50〜180℃であり、更に好ましくは、80〜150℃である。また処理時間としては、0.01〜10時間であることが好ましく、より好ましくは、0.05〜5時間であり、更に好ましくは、0.1〜2時間である。 In the delignification step, the solution is preferably added to the raw material polysaccharide and then treated at a temperature of 10 to 200 ° C. By treating at such a temperature, lignin can be sufficiently eluted. More preferably, it is 50-180 degreeC, More preferably, it is 80-150 degreeC. Moreover, as processing time, it is preferable that it is 0.01 to 10 hours, More preferably, it is 0.05 to 5 hours, More preferably, it is 0.1 to 2 hours.

上記脱リグニン工程では、脱リグニン工程前に原料中に存在するリグニンのうち、50%以上を取り除くことが好ましく、80%以上を取り除くことがより好ましく、90%以上を取り除くことが更に好ましい。
リグニンの含有量は、例えば、分析化学便覧第4版(1991年、丸善)に記載の方法によって求めることができる。
In the delignification step, it is preferable to remove 50% or more of the lignin present in the raw material before the delignification step, more preferably 80% or more, and still more preferably 90% or more.
The content of lignin can be determined, for example, by the method described in Analytical Chemistry Handbook 4th Edition (1991, Maruzen).

上記脱ヘミセルロース工程としては、上記脱塩工程と同様の方法で行うことができるが、脱塩工程よりも厳しい条件が必要である。すなわち、処理温度は、50〜250℃が好ましく、100〜200℃がより好ましく、120〜180℃が更に好ましい。また、処理時間としては、0.01〜10時間であることが好ましく、より好ましくは、0.05〜5時間であり、更に好ましくは、0.1〜2時間である。 The dehemicellulose step can be carried out in the same manner as the desalting step, but requires stricter conditions than the desalting step. That is, the processing temperature is preferably 50 to 250 ° C, more preferably 100 to 200 ° C, and still more preferably 120 to 180 ° C. Moreover, as processing time, it is preferable that it is 0.01 to 10 hours, More preferably, it is 0.05 to 5 hours, More preferably, it is 0.1 to 2 hours.

上記脱ヘミセルロース工程では、脱ヘミセルロース工程前に原料中に存在するヘミセルロースのうち、50%以上を取り除くことが好ましく、80%以上を取り除くことがより好ましく、90%以上を取り除くことが更に好ましい。ヘミセルロースの含有量は、例えば、分析化学便覧第4版(1991年、丸善)に記載の方法によって求めることができる。
上記脱塩工程、脱リグニン工程、脱ヘミセルロース工程は、別々に行ってもよく、同時に行ってもよい。
上記前処理工程として好ましくは、脱塩工程を含むもの、又は、脱へミセルロース工程を含むものであり、より好ましくは、脱塩工程及び脱へミセルロース工程を含むもの、脱へミセルロース工程及び脱リグニン工程を含むものであり、更に好ましくは、脱塩工程及び脱へミセルロース工程を含むものである。
In the dehemicellulose process, it is preferable to remove 50% or more, more preferably 80% or more, and still more preferably 90% or more of the hemicellulose present in the raw material before the dehemicellulose process. The content of hemicellulose can be determined, for example, by the method described in Analytical Chemistry Handbook 4th Edition (1991, Maruzen).
The desalting step, the delignification step, and the dehemicellulose step may be performed separately or simultaneously.
The pretreatment step preferably includes a desalting step, or includes a dehemicellulose step, more preferably includes a desalting step and a dehemicellulose step, and a dehemicellulose step. And a delignification step, and more preferably a desalting step and a dehemicellulose step.

本発明において用いられる均一系酸触媒とは、均一系の酸触媒であり、反応液に均一に溶解する酸触媒を言う。均一系酸触媒としては、加水分解活性の観点から酸性度の高い方が好ましい。具体的な指標としては、酸触媒を5質量%濃度で水中に溶解させた場合の水溶液pHが、pH4以下を示すものであることが好ましく、pH3以下を示すものであることがより好ましく、pH2以下を示すものであることが更に好ましい。 The homogeneous acid catalyst used in the present invention is a homogeneous acid catalyst and refers to an acid catalyst that is uniformly dissolved in a reaction solution. The homogeneous acid catalyst preferably has higher acidity from the viewpoint of hydrolysis activity. As a specific index, the pH of the aqueous solution when the acid catalyst is dissolved in water at a concentration of 5% by mass is preferably a pH of 4 or less, more preferably a pH of 3 or less, and a pH of 2 More preferably, the following is shown.

上記均一系酸触媒の分子量は、200〜500000が好ましい。均一系酸触媒の分子量が200未満である場合には、本発明における加水分解工程後に、後述するような均一系酸触媒と生成する単糖類とを分子ふるい膜(分離膜)により分離する操作を行う際、生成する単糖類の分子量が150〜200程度であるため、充分に分離することができないおそれがあるが、200以上とすることによって、触媒分離をより効率的で経済的に行うことが可能となる。均一系酸触媒の分子量としてより好ましくは、300〜300000であり、更に好ましくは、300〜100000である。
また、上記均一系酸触媒と生成する単糖類とを分子ふるい膜(分離膜)により分離する操作を行う際には、均一系酸触媒の分子量と分子ふるい膜の分画分子量との差が100以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましく、3000以上であることが更に好ましい。
The molecular weight of the homogeneous acid catalyst is preferably 200 to 500,000. When the molecular weight of the homogeneous acid catalyst is less than 200, after the hydrolysis step in the present invention, an operation of separating the homogeneous acid catalyst and the monosaccharide to be produced with a molecular sieve membrane (separation membrane) as will be described later. When performing, since the molecular weight of the produced monosaccharide is about 150 to 200, there is a possibility that it cannot be sufficiently separated, but by making it 200 or more, catalyst separation can be performed more efficiently and economically. It becomes possible. More preferably, it is 300-300000 as a molecular weight of a homogeneous acid catalyst, More preferably, it is 300-100000.
Further, when performing the operation of separating the homogeneous acid catalyst and the monosaccharide to be produced by a molecular sieve membrane (separation membrane), the difference between the molecular weight of the homogeneous acid catalyst and the molecular weight of the molecular sieve membrane is 100. It is preferably above, more preferably 1000 or more, still more preferably 3000 or more.

上記均一系酸触媒の具体的な化合物としては、スルホン酸基を有する有機化合物類、カルボン酸基を有する有機化合物類、ホモポリ酸、ヘテロポリ酸等のポリ酸類などが挙げられる。それらの中でも好ましくは、高い酸強度を有するスルホン酸基を有する有機化合物類(スルホン酸基含有化合物)、及び、ヘテロポリ酸であり、より好ましくは、ヘテロポリ酸である。すなわち、均一系酸触媒がヘテロポリ酸を含むこともまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
上記スルホン酸含有化合物は種々の分子量のものが入手可能であり、また、上記ヘテロポリ酸は分子量が均一であるという利点がある。また、ヘテロポリ酸は、50%以下の低触媒濃度における多糖類の加水分解反応において、硫酸等の他の触媒に比べて高い選択率を示し、とりわけ、後述するリンタングステン酸がより高い選択率を示すという利点がある。またヘテロポリ酸のもう一つの利点は、酸でありながら、金属の腐食性が極めて低いという点である。これはヘテロポリ酸が有する酸化力により、金属表面に酸化皮膜を形成するためである。腐食性が低いため、装置コストを低減できるというメリットが得られる。
Specific examples of the homogeneous acid catalyst include organic compounds having a sulfonic acid group, organic compounds having a carboxylic acid group, and polyacids such as homopolyacid and heteropolyacid. Among them, organic compounds having a sulfonic acid group having a high acid strength (sulfonic acid group-containing compound) and heteropolyacids are preferable, and heteropolyacids are more preferable. That is, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the homogeneous acid catalyst contains a heteropolyacid.
The sulfonic acid-containing compound has various molecular weights, and the heteropolyacid has an advantage that the molecular weight is uniform. In addition, heteropolyacids exhibit higher selectivity than other catalysts such as sulfuric acid in the hydrolysis reaction of polysaccharides at a low catalyst concentration of 50% or less, and in particular, phosphotungstic acid described later exhibits higher selectivity. There is an advantage of showing. Another advantage of the heteropolyacid is that it is an acid, but the corrosivity of the metal is extremely low. This is because an oxide film is formed on the metal surface by the oxidizing power of the heteropolyacid. Since the corrosiveness is low, there is an advantage that the apparatus cost can be reduced.

上記スルホン酸基を有する有機化合物とは、分子中に少なくとも一つのスルホン酸基を有する有機化合物のことである。具体的には、ナフタレンスルホン酸、ピレンスルホン酸、リグニンスルホン酸等が挙げられ、スルホン酸基は1個又は複数個有していてもよく、また、スルホン酸基以外の置換基を有していてもよい。また、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホマレイン酸、アリロキシ−ヒドロキシ−プロパンスルホン酸等のスルホン酸基含有モノマー類を重合、あるいはアクリル酸、マレイン酸等のモノマー類と共重合させて得られるポリマー類も挙げられる。または、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール等のポリマーをスルホン化して得られるポリマー類も挙げられる。これらの中でも好ましくは、リグニンスルホン酸、及び、各種スルホン酸基含有ポリマーであり、より好ましくは各種スルホン酸基含有ポリマーである。スルホン酸基含有ポリマーとして好ましくは、ビニルスルホン酸、及びスチレンスルホン酸を重合させて得られるポリマー、ビニルスルホン酸、及び、スチレンスルホン酸をアクリル酸、マレイン酸と共重合させて得られるポリマーである。
また、プロトンの一部がカチオン種で置換された塩構造になっていてもよい。その場合、カチオン種は特に制限されず、例えば、ナトリウム、マグネシウム、アンモニウム等が挙げられる。
上記スルホン酸基を有する有機化合物は、1種類で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The organic compound having a sulfonic acid group is an organic compound having at least one sulfonic acid group in the molecule. Specific examples include naphthalene sulfonic acid, pyrene sulfonic acid, lignin sulfonic acid and the like. The sulfonic acid group may have one or more, and has a substituent other than the sulfonic acid group. May be. Polymers obtained by polymerizing sulfonic acid group-containing monomers such as vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, sulfomaleic acid, allyloxy-hydroxy-propane sulfonic acid, or copolymerizing with monomers such as acrylic acid and maleic acid Also included. Alternatively, polymers obtained by sulfonating a polymer such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, and polyvinyl alcohol are also included. Among these, lignin sulfonic acid and various sulfonic acid group-containing polymers are preferable, and various sulfonic acid group-containing polymers are more preferable. The sulfonic acid group-containing polymer is preferably a polymer obtained by polymerizing vinyl sulfonic acid and styrene sulfonic acid, or a polymer obtained by copolymerizing vinyl sulfonic acid and styrene sulfonic acid with acrylic acid or maleic acid. .
Moreover, it may have a salt structure in which a part of protons is substituted with a cation species. In that case, the cation species is not particularly limited, and examples thereof include sodium, magnesium, ammonium and the like.
The organic compound having a sulfonic acid group may be used alone or in combination of two or more.

上記ヘテロポリ酸としては、ケギン型リンタングステン酸(HPW1240)、ドーソン型リンタングステン酸(H1862)等のリンタングステン酸、ケギン型ケイタングステン酸(HSiW1240)等のケイタングステン酸、ケギン型ホウタングステン酸(HBW1240)等のホウタングステン酸、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドタングステン酸、ケイバナドタングステン酸、リンバナドモリブデン酸、ケイバナドタングステン酸、金属置換型ヘテロポリ酸等が挙げられる。各種反応における触媒活性の観点から、これらの中でも、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、ホウタングステン酸、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸が好ましく、リンタングステン酸、ケイタングステン酸がより好ましく、リンタングステン酸が更に好ましい。
また、プロトンの一部がカチオン種で置換された塩構造になっていてもよい。その場合、カチオン種は特に制限されず、例えば、ナトリウム、マグネシウム、アンモニウム等が挙げられる。
上記ヘテロポリ酸及びそれらの塩は1種類で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
このように、均一系酸触媒がリンタングステン酸であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
Examples of the heteropolyacid include phosphotungstic acids such as Keggin phosphotungstic acid (H 3 PW 12 O 40 ) and Dawson phosphotungstic acid (H 6 P 2 W 18 O 62 ), and Keggin silicotungstic acid (H 4 SiW). 12 O 40 ), silicotungstic acid, Keggin-type borotungstic acid (H 5 BW 12 O 40 ), etc. Examples thereof include acids, cavernadotungstic acid, and metal-substituted heteropolyacids. From the viewpoint of catalytic activity in various reactions, among these, phosphotungstic acid, silicotungstic acid, borotungstic acid, phosphomolybdic acid, and silicomolybdic acid are preferred, phosphotungstic acid and silicotungstic acid are more preferred, and phosphotungstic acid is preferred. Further preferred.
Moreover, it may have a salt structure in which a part of protons is substituted with a cation species. In that case, the cation species is not particularly limited, and examples thereof include sodium, magnesium, ammonium and the like.
The heteropolyacids and salts thereof may be used alone or in combination of two or more.
Thus, it is also one preferred embodiment of the present invention that the homogeneous acid catalyst is phosphotungstic acid.

本発明の単糖類の製造方法により製造される単糖類は、上述した本発明において用いられる多糖類を加水分解して得られるものであり、具体的には、グルコース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、ウロン酸、グルコサミン、及び、レボグルコサン等のそれらの無水糖等が挙げられる。好ましくはグルコース、マンノース、キシロース、レボグルコサンである。 The monosaccharides produced by the method for producing monosaccharides of the present invention are obtained by hydrolyzing the polysaccharides used in the present invention described above. Specifically, glucose, xylose, arabinose, mannose, galactose , Uronic acid, glucosamine, and their anhydrous sugars such as levoglucosan. Glucose, mannose, xylose, and levoglucosan are preferable.

上記単糖類の用途としては、発酵原料、化学反応原料、肥料、飼料としての利用が挙げられ、好ましくは発酵原料である。発酵原料用途としては、単糖類はエタノール、ブタノール、1,3−プロパンジオール等のアルコール類、酢酸、乳酸、イタコン酸、リンゴ酸、クエン酸、アクリル酸、3−ヒドロキシプロピオン酸等の有機酸類、アスパラギン酸、グルタミン酸、リジン等の各種アミノ酸等への変換に利用することが出来る。これらの中でも好ましくは、エタノール、ブタノール、及び、アクリル酸、3−ヒドロキシプロピオン酸製造への利用である。 Examples of the use of the monosaccharide include use as a fermentation raw material, a chemical reaction raw material, a fertilizer, and a feed, and preferably a fermentation raw material. As fermentation raw material applications, monosaccharides are alcohols such as ethanol, butanol and 1,3-propanediol, organic acids such as acetic acid, lactic acid, itaconic acid, malic acid, citric acid, acrylic acid and 3-hydroxypropionic acid, It can be used for conversion to various amino acids such as aspartic acid, glutamic acid and lysine. Among these, ethanol, butanol, and acrylic acid and 3-hydroxypropionic acid are preferably used.

本発明の単糖類の製造方法としては、更に、上記加水分解工程後に、均一系酸触媒含有溶液と加水分解反応残渣とを固液分離する固液分離工程を行い、更に、該固液分離によって分離された均一系酸触媒含有溶液及び/又は加水分解反応残渣から均一系酸触媒を分離する触媒分離工程を行うことが好ましい。このように触媒を分離、回収することで、単糖類の製造コストを下げることができる。特にヘテロポリ酸は、硫酸に比べて遥かに高価であるため、このような触媒分離工程を行って触媒を回収し、再利用することが重要である。
上記触媒分離工程は、(A)固液分離工程後の均一系酸触媒含有溶液に対して、有機高分子膜の分子ふるい膜を用いた均一系酸触媒の膜分離処理を施して均一系酸触媒を分離する工程、(B)固液分離工程後の加水分解反応残渣に対して、有機物の熱分解処理を施して均一系酸触媒を分離する工程、及び、(C)固液分離工程後の加水分解反応残渣に対して、アルカリ性溶液又は有機溶媒含有溶液を用いた均一系酸触媒の溶出処理を施して均一系酸触媒を分離する工程、からなる群より選択される少なくとも1つの工程を含むことが好ましく、これらの2つ以上の工程を含むものであってもよい。均一系酸触媒の分離効率をより高めるためには、(A)〜(C)のうち2つ以上を含むことがより好ましい。更に好ましくは、(A)と(B)とを含むことである。
このように、更に、上記加水分解工程後、均一系酸触媒含有溶液と加水分解反応残渣とに分離する固液分離工程、並びに、上記固液分離工程によって分離された均一系酸触媒含有溶液及び/又は加水分解反応残渣から均一系酸触媒を分離する触媒分離工程を含み、上記触媒分離工程が、下記(A)〜(C)からなる群より選択される少なくとも1つの工程を含む単糖類の製造方法もまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
(A)均一系酸触媒含有溶液に対して、有機高分子膜の分子ふるい膜を用いた均一系酸触媒の膜分離処理を施して均一系酸触媒を分離する工程。
(B)均一系酸触媒の一部が吸着した加水分解反応残渣に対して、残渣内の有機物の熱分解処理を施して均一系酸触媒を分離する工程。
(C)均一系酸触媒の一部が吸着した加水分解反応残渣に対して、アルカリ性溶液又は有機溶媒含有溶液を用いた均一系酸触媒の溶出処理を施して均一系酸触媒を分離する工程。
As a method for producing the monosaccharide of the present invention, after the hydrolysis step, a solid-liquid separation step for solid-liquid separation of the homogeneous acid catalyst-containing solution and the hydrolysis reaction residue is further performed. It is preferable to perform a catalyst separation step of separating the homogeneous acid catalyst from the separated homogeneous acid catalyst-containing solution and / or hydrolysis reaction residue. Thus, by separating and recovering the catalyst, the production cost of monosaccharides can be reduced. In particular, since heteropolyacids are much more expensive than sulfuric acid, it is important to recover and reuse the catalyst by performing such a catalyst separation step.
In the catalyst separation step, (A) the homogeneous acid catalyst-containing solution after the solid-liquid separation step is subjected to a membrane separation treatment of a homogeneous acid catalyst using a molecular sieve membrane of an organic polymer membrane to obtain a homogeneous acid. A step of separating the catalyst, (B) a step of subjecting the hydrolysis reaction residue after the solid-liquid separation step to thermal decomposition of the organic matter to separate the homogeneous acid catalyst, and (C) after the solid-liquid separation step At least one step selected from the group consisting of: separating the homogeneous acid catalyst by subjecting the hydrolysis reaction residue to an elution treatment of the homogeneous acid catalyst using an alkaline solution or an organic solvent-containing solution. It is preferable to include, and two or more of these steps may be included. In order to further increase the separation efficiency of the homogeneous acid catalyst, it is more preferable to include two or more of (A) to (C). More preferably, (A) and (B) are included.
Thus, after the hydrolysis step, the solid-liquid separation step for separating the homogeneous acid catalyst-containing solution and the hydrolysis reaction residue, and the homogeneous acid catalyst-containing solution separated by the solid-liquid separation step and A catalyst separation step of separating the homogeneous acid catalyst from the hydrolysis reaction residue, wherein the catalyst separation step includes at least one step selected from the group consisting of the following (A) to (C): The manufacturing method is also one of the preferred embodiments of the present invention.
(A) A step of separating the homogeneous acid catalyst by subjecting the homogeneous acid catalyst-containing solution to a membrane separation treatment of a homogeneous acid catalyst using a molecular sieve membrane of an organic polymer membrane.
(B) A step of separating the homogeneous acid catalyst by subjecting the hydrolysis reaction residue to which a part of the homogeneous acid catalyst is adsorbed to a thermal decomposition treatment of organic substances in the residue.
(C) The process of performing the elution process of the homogeneous acid catalyst using an alkaline solution or an organic solvent containing solution with respect to the hydrolysis reaction residue which a part of homogeneous acid catalyst adsorbed, and isolate | separating a homogeneous acid catalyst.

上記固液分離工程は、上記加水分解工程後の反応溶液を均一系酸触媒含有溶液と加水分解反応残渣とに分離する工程であるが、そのような固液分離工程を行う方法としては、特に制限されず、加圧ろ過(フィルタープレス等)、吸引ろ過、圧搾分離(スクリュープレス等)、遠心分離、沈降分離(デカンテーション等)等を用いることができる。これらの中でも、処理速度の点から、加圧ろ過、及び、圧搾分離が好ましい。 The solid-liquid separation step is a step of separating the reaction solution after the hydrolysis step into a homogeneous acid catalyst-containing solution and a hydrolysis reaction residue. As a method for performing such a solid-liquid separation step, Without being limited, pressure filtration (filter press etc.), suction filtration, squeeze separation (screw press etc.), centrifugation, sedimentation separation (decantation etc.), etc. can be used. Among these, pressure filtration and squeeze separation are preferable from the viewpoint of processing speed.

上記固液分離工程においては、ろ過等により、固液分離を行って得られた反応残渣を更に水で洗浄することが好ましい。これにより、反応残渣中に残留する単糖類を洗浄に用いた水中に回収することができ、単糖類の収率を高めることができる。 In the solid-liquid separation step, it is preferable that the reaction residue obtained by performing solid-liquid separation by filtration or the like is further washed with water. Thereby, the monosaccharide which remains in the reaction residue can be recovered in the water used for washing, and the yield of the monosaccharide can be increased.

上記反応残渣には、未分解の多糖類等の有機物と触媒等が含まれている。上記(B)の工程では、有機物の熱分解処理を施して均一系酸触媒を分離することになる。
熱分解処理の温度は、300〜2000℃であることが好ましい。300℃より低いと、有機物を充分に分解して除去できないおそれがある。2000℃より高いと、触媒が分解するおそれがある。より好ましくは、350〜1000℃であり、更に好ましくは、400〜800℃である。
また、熱分解処理の時間は、反応残渣の量に応じて適宜設定すればよいが、1〜1000分であることが好ましい。1分より短いと、有機物を充分に除去できないおそれがある。1000分より長いと、分離工程の効率が低下する。より好ましくは、5〜500分であり、更に好ましくは、10〜200分である。
The reaction residue contains an organic substance such as undegraded polysaccharide and a catalyst. In the step (B), the organic acid catalyst is subjected to a thermal decomposition treatment to separate the homogeneous acid catalyst.
The temperature of the thermal decomposition treatment is preferably 300 to 2000 ° C. If it is lower than 300 ° C., the organic substance may not be sufficiently decomposed and removed. If it is higher than 2000 ° C, the catalyst may be decomposed. More preferably, it is 350-1000 degreeC, More preferably, it is 400-800 degreeC.
Moreover, what is necessary is just to set the time of a thermal decomposition process suitably according to the quantity of the reaction residue, However, It is preferable that it is 1-1000 minutes. If it is shorter than 1 minute, the organic substance may not be sufficiently removed. If it is longer than 1000 minutes, the efficiency of the separation process is lowered. More preferably, it is 5-500 minutes, More preferably, it is 10-200 minutes.

なお、ヘテロポリ酸を均一系酸触媒として加水分解工程を行い、上記(B)の熱分解処理により触媒分離工程を行った場合、分離されたヘテロポリ酸の触媒活性の低下が観察されることがある。その場合、水熱処理、又は、触媒の再構築処理によって触媒活性を回復することが好ましい。
上記水熱処理とは、上記(B)の熱分解処理による触媒分離工程によって分離された均一系酸触媒に水を添加して調製される触媒水溶液を高温で処理するものである。処理温度としては150〜350℃であることが好ましく、200〜300℃であることがより好ましい。水熱処理の時間は、触媒活性の回復度合いを見ながら適宜設定すればよいが、1〜1000分であることが好ましく、より好ましくは5〜100分である。
また、上記触媒の再構築処理とは、上記(B)の熱分解処理による触媒分離工程によって分離された均一系酸触媒をアルカリ性水溶液に可溶化させ、均一系酸触媒の構成成分を追加し、酸型に変換するものである。一例として均一系酸触媒にリンタングステン酸を用いた場合には、熱分解処理後の残渣にアルカリ性水溶液を添加してリンタングステン酸の構成成分(主に酸化タングステン)を可溶化させ、リン酸を添加して、更にイオン交換樹脂等の処理を施すことでリンタングステン酸を酸型に変換する。このような処理によって、触媒活性の低下したヘテロポリ酸触媒は再構築され、初期(加水分解工程に供する前)と同等の活性を示す。このようにヘテロポリ酸を均一系酸触媒として用い、上記固液分離工程後の触媒分離工程を上記(B)の熱分解処理によって行い、分離された均一系酸触媒に上記触媒の再構築処理を施すこともまた本発明の好適な実施形態の一つである。
なお、上記アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等の水溶液を用いることができる。中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムの水溶液を用いることが好ましい。より好ましくは、水酸化ナトリウムの水溶液である。
In addition, when a hydrolysis process is performed using a heteropolyacid as a homogeneous acid catalyst, and a catalyst separation process is performed by the thermal decomposition treatment of (B) above, a decrease in the catalytic activity of the separated heteropolyacid may be observed. . In that case, it is preferable to recover the catalytic activity by hydrothermal treatment or catalyst restructuring treatment.
The hydrothermal treatment is to treat an aqueous catalyst solution prepared by adding water to the homogeneous acid catalyst separated in the catalyst separation step by thermal decomposition treatment (B) at a high temperature. As processing temperature, it is preferable that it is 150-350 degreeC, and it is more preferable that it is 200-300 degreeC. The hydrothermal treatment time may be set as appropriate while looking at the degree of recovery of the catalyst activity, but is preferably 1 to 1000 minutes, more preferably 5 to 100 minutes.
In addition, the catalyst restructuring process is to solubilize the homogeneous acid catalyst separated in the catalyst separation step by the thermal decomposition process of (B) in an alkaline aqueous solution, and to add the components of the homogeneous acid catalyst, It converts to the acid form. As an example, when phosphotungstic acid is used as the homogeneous acid catalyst, an alkaline aqueous solution is added to the residue after the thermal decomposition treatment to solubilize the phosphotungstic acid component (mainly tungsten oxide), The phosphotungstic acid is converted to the acid form by adding and further treating with an ion exchange resin or the like. By such treatment, the heteropolyacid catalyst having reduced catalytic activity is reconstructed and exhibits activity equivalent to that in the initial stage (before being subjected to the hydrolysis step). In this way, the heteropolyacid is used as the homogeneous acid catalyst, the catalyst separation step after the solid-liquid separation step is performed by the thermal decomposition treatment of (B), and the catalyst is reconstructed on the separated homogeneous acid catalyst. Application is also one of the preferred embodiments of the present invention.
In addition, as said alkaline aqueous solution, aqueous solutions, such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, can be used, for example. Among these, it is preferable to use an aqueous solution of sodium hydroxide or calcium hydroxide. More preferred is an aqueous solution of sodium hydroxide.

上記(C)の工程は、固液分離によって分離された反応残渣に対して、アルカリ性溶液又は有機溶媒含有溶液を加え、均一系酸触媒を溶出させる工程である。アルカリ性溶液又は有機溶媒含有溶液は、いずれか1種を用いてもよく、アルカリ性溶液と有機溶媒含有溶液とを混合して用いてもよい。 The step (C) is a step of adding an alkaline solution or an organic solvent-containing solution to the reaction residue separated by solid-liquid separation to elute the homogeneous acid catalyst. Any one of the alkaline solution and the organic solvent-containing solution may be used, or an alkaline solution and an organic solvent-containing solution may be mixed and used.

上記均一系酸触媒を溶出させる工程に用いる溶液としては、アルカリ性溶液、有機溶媒含有溶液のいずれを用いてもよいが、有機溶媒含有溶液を用いることが好ましい。有機溶媒含有溶液を用いると、酸触媒を中和せずにそのままの形で分離することができる。アルカリ性溶液を用いる場合には、酸触媒は中和されるが、高い回収率で触媒を分離することができる。 As the solution used in the step of eluting the homogeneous acid catalyst, either an alkaline solution or an organic solvent-containing solution may be used, but an organic solvent-containing solution is preferably used. When an organic solvent-containing solution is used, the acid catalyst can be separated as it is without being neutralized. When an alkaline solution is used, the acid catalyst is neutralized, but the catalyst can be separated with a high recovery rate.

上記均一系酸触媒を溶出させる場合、用いる溶液の量としては、反応残渣100質量%(固形分)に対して10〜10000質量%であることが好ましい。溶液が10質量%より少ないと、触媒を充分に溶出させることができないおそれがある。溶液が10000質量%より多いと、触媒濃度が極端に低下する。より好ましくは、50〜1000質量%であり、更に好ましくは、100〜500質量%である。 When the homogeneous acid catalyst is eluted, the amount of the solution used is preferably 10 to 10,000% by mass with respect to 100% by mass (solid content) of the reaction residue. If the solution is less than 10% by mass, the catalyst may not be sufficiently eluted. When the amount of the solution is more than 10,000% by mass, the catalyst concentration is extremely lowered. More preferably, it is 50-1000 mass%, More preferably, it is 100-500 mass%.

上記アルカリ性溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ性化合物の1種又は2種以上の溶液を用いることができる。これらの中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムが好ましい。より好ましくは、水酸化ナトリウムである。 The said alkaline solution can use the 1 type, or 2 or more types of solution of alkaline compounds, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide. Among these, sodium hydroxide and calcium hydroxide are preferable. More preferred is sodium hydroxide.

上記有機溶媒含有溶液に用いる有機溶媒としては、アセトン、エタノール、ブタノール、プロパノール、メタノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、ヘキサン等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、アセトン、エタノール、ブタノール、ジエチルエーテルが好ましい。より好ましくは、アセトンである。 As the organic solvent used in the organic solvent-containing solution, one or more of acetone, ethanol, butanol, propanol, methanol, diethyl ether, tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone, hexane and the like can be used. Among these, acetone, ethanol, butanol, and diethyl ether are preferable. More preferably, it is acetone.

上記アルカリ性溶液は、アルカリ性の溶液であれば、上記アルカリ性化合物以外のその他の成分を含んでいてもよく、その他の成分としては、例えば、水や、有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、上述したもの等が挙げられる。有機溶媒含有溶液もまた、有機溶媒を含むものである限り、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、水が挙げられる。
アルカリ性溶液において、アルカリ性化合物の含有量は、アルカリ性溶液全体を100質量%とすると、0.01〜10質量%であることが好ましく、0.1〜5質量%がより好ましい。
有機溶媒含有溶液において、有機溶媒の含有量は、有機溶媒含有溶液全体を100質量%とすると、10〜100質量%であることが好ましく、30〜80質量%がより好ましい。
The alkaline solution may contain other components other than the alkaline compound as long as it is an alkaline solution. Examples of other components include water and organic solvents. Examples of the organic solvent include those described above. The organic solvent-containing solution may also contain other components as long as it contains an organic solvent. Other components include water.
In the alkaline solution, the content of the alkaline compound is preferably 0.01 to 10% by mass, and more preferably 0.1 to 5% by mass when the entire alkaline solution is 100% by mass.
In the organic solvent-containing solution, the content of the organic solvent is preferably 10 to 100% by mass and more preferably 30 to 80% by mass when the entire organic solvent-containing solution is 100% by mass.

上記固液分離工程によって得られる均一系酸触媒含有溶液には、目的生成物である単糖類や触媒等が含まれている。上記(A)の工程では、有機高分子膜の分子ふるい膜を用いた膜分離処理により単糖類と均一系酸触媒とを分離することになる。
本発明における膜分離とは、膜形状を有する分離材(分離膜)を利用して触媒と生成物の単糖類とを分離するものである。分離膜はその分離原理に従って分類でき、例えば、分子量差に基づくもの、イオン性の差に基づくもの、親疎水性差に基づくもの等に分類できるが、本発明で使用する分離膜は分子量差に基づくものである。分子量差に基づく分離膜とは言い換えれば、分子ふるい膜であり、本発明で使用する分離膜はすなわち、分子ふるい膜である。分子ふるい膜は多孔性の膜であり、その細孔の大きさに従って化合物を分離する。
The homogeneous acid catalyst-containing solution obtained by the solid-liquid separation step contains a monosaccharide, a catalyst, and the like that are target products. In the step (A), monosaccharides and the homogeneous acid catalyst are separated by membrane separation using a molecular sieve membrane of an organic polymer membrane.
The membrane separation in the present invention is to separate a catalyst and a product monosaccharide using a separation material (separation membrane) having a membrane shape. Separation membranes can be classified according to their separation principles, for example, those based on molecular weight differences, those based on ionic differences, those based on hydrophilicity / hydrophobicity differences, etc. The separation membranes used in the present invention are based on molecular weight differences. Is. In other words, the separation membrane based on the molecular weight difference is a molecular sieve membrane, and the separation membrane used in the present invention is a molecular sieve membrane. Molecular sieve membranes are porous membranes that separate compounds according to their pore size.

上記分子ふるい膜の性質を表すパラメーターとしては、分画分子量と細孔径が挙げられる。分画分子量は、分離膜が阻止できる最低の分子量を表している。本発明では、分離膜により90%が阻止される分子の分子量を分画分子量とする。また本発明においては、分離膜の分画分子量は分離効率の面で500000以下であることが好ましい。より好ましくは300000以下であり、更に好ましくは、100000以下であり、200〜100000の範囲が最も好ましい。分離膜の細孔径としては、平均で0.01〜1000nmであることが好ましく、0.05〜500nmであることがより好ましく、0.1〜100nmであることが更に好ましい。 The parameters representing the properties of the molecular sieve membrane include the molecular weight cut off and the pore diameter. The molecular weight cut off represents the lowest molecular weight that the separation membrane can block. In the present invention, the molecular weight of the molecule that is 90% blocked by the separation membrane is defined as the molecular weight cutoff. In the present invention, the molecular weight cutoff of the separation membrane is preferably 500,000 or less in terms of separation efficiency. More preferably, it is 300000 or less, More preferably, it is 100000 or less, and the range of 200-100000 is the most preferable. The average pore size of the separation membrane is preferably 0.01 to 1000 nm, more preferably 0.05 to 500 nm, and still more preferably 0.1 to 100 nm.

上記分子ふるい膜の種類としては、限外ろ過膜、透析膜、ナノフィルトレーション膜(ナノろ過膜)、逆浸透膜が挙げられ、好ましくは限外ろ過膜、ナノフィルトレーション膜(ナノろ過膜)であり、最も好ましくはナノフィルトレーション膜(ナノろ過膜)である。 Examples of the molecular sieve membrane include ultrafiltration membranes, dialysis membranes, nanofiltration membranes (nanofiltration membranes), and reverse osmosis membranes, preferably ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes (nanofiltration membranes). Most preferably a nanofiltration membrane (nanofiltration membrane).

上記分子ふるい膜は、有機高分子膜であるが、その材質としては、炭素膜、再生セルロース、酢酸セルロース、ニトロセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、アラミド、ポリイミド、芳香族ポリアミド、親水化ポリアミド、ポリエステル、ポリ酸化エチレン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、及び、それらにカチオン交換基を導入したもの等が挙げられる。それらの中でも、酸、熱、圧力に対する安定性が高いものが好ましく、好ましくは、炭素膜、再生セルロース膜、酢酸セルロース膜、ポリスルホン膜、ポリエーテルスルホン膜、芳香族ポリアミド膜、親水化ポリアミド膜、及び、それらにカチオン交換基を導入したものである。更に、特に安定性の高い、再生セルロース膜、酢酸セルロース膜、ポリスルホン膜、ポリエーテルスルホン膜、芳香族ポリアミド膜、親水化ポリアミド膜、及び、それらにカチオン交換基を導入したものがより好ましい。これら分子ふるい膜としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。 The molecular sieve film is an organic polymer film, and the material thereof is carbon film, regenerated cellulose, cellulose acetate, nitrocellulose, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, poly Examples thereof include vinyl chloride, aramid, polyimide, aromatic polyamide, hydrophilized polyamide, polyester, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyethylene, polyvinyl acetate, polyamino acid, and those having a cation exchange group introduced thereto. Among them, those having high stability against acid, heat, and pressure are preferable, preferably carbon membrane, regenerated cellulose membrane, cellulose acetate membrane, polysulfone membrane, polyethersulfone membrane, aromatic polyamide membrane, hydrophilic polyamide membrane, In addition, a cation exchange group is introduced into them. Furthermore, a regenerated cellulose membrane, a cellulose acetate membrane, a polysulfone membrane, a polyethersulfone membrane, an aromatic polyamide membrane, a hydrophilic polyamide membrane, and those having a cation exchange group introduced therein are more preferable because of their particularly high stability. As these molecular sieve films, one kind may be used, or two or more kinds may be used.

上記分子ふるい膜の形状としては、管状、袋状、中空糸状、平膜状、スパイラル状等が挙げられ、好ましくは管状、平膜状、中空糸状、スパイラル状である。より好ましくは、スパイラル状である。膜の厚みとしては、10mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましく、0.1mm以下が更に好ましい。 Examples of the shape of the molecular sieve membrane include a tubular shape, a bag shape, a hollow fiber shape, a flat membrane shape, and a spiral shape, and preferably a tubular shape, a flat membrane shape, a hollow fiber shape, and a spiral shape. More preferably, it has a spiral shape. The thickness of the film is preferably 10 mm or less, more preferably 1 mm or less, and still more preferably 0.1 mm or less.

上記分子ふるい膜として具体的には、以下のものが挙げられる。ポール社製限外ろ過膜:オメガシリーズ、アルファシリーズ、旭化成ケミカルズ社製限外ろ過膜:マイクローザAPシリーズ、マイクローザSPシリーズ、マイクローザAVシリーズ、マイクローザSWシリーズ、マイクローザKCVシリーズ、日東電工社製限外ろ過膜:NTU−2120、RS50、日東電工社製ナノフィルトレーション膜:NTR−7250、NTR−7259、NTR−7410、NTR−7450、日東電工社製逆浸透膜:NTR−70、NTR−759、ES−40、ES−20、ES−15、ES−10、LES90、LF−10、ミリポア社製限外ろ過膜:バイオマックス膜、ウルトラセル膜、ダイセンメンブレン・システムズ社製限外ろ過膜:NADIR UHシリーズ、NADIR UPシリーズ、NADIR USシリーズ、NADIR UCシリーズ、NADIR UVシリーズ、ダイセンメンブレン・システムズ社製ナノフィルトレーション膜:NADIR NP010、NADIR NP030、ダイセンメンブレン・システムズ社製逆浸透膜:NADIR SW、東レ社製ナノフィルトレーション膜:SUシリーズ、東レ社製逆浸透膜:SUシリーズ、SULシリーズ、SCシリーズ、GEウォーター・アンド・プロセス・テクノロジーズ社製限外ろ過膜:Gシリーズ膜、Pシリーズ膜、MWシリーズ膜、GEウォーター・アンド・プロセス・テクノロジーズ社製ナノフィルトレーション膜:DESALシリーズ、コーク・メンブレン社製ナノろ過膜:MPTシリーズ、MPSシリーズ。 Specific examples of the molecular sieve film include the following. Pul ultrafiltration membranes: Omega series, Alpha series, Asahi Kasei Chemicals ultrafiltration membranes: Microza AP series, Microza SP series, Microosa AV series, Microosa SW series, Microosa KCV series, Nitto Denko Ultrafiltration membrane manufactured by NIT Corporation: NTU-2120, RS50, nanofiltration membrane manufactured by Nitto Denko Corporation: NTR-7250, NTR-7259, NTR-7410, NTR-7450, reverse osmosis membrane manufactured by Nitto Denko Corporation: NTR-70 , NTR-759, ES-40, ES-20, ES-15, ES-10, LES90, LF-10, manufactured by Millipore Ultrafiltration membrane: Biomax membrane, Ultracell membrane, manufactured by Daisen Membrane Systems Outer membrane: NADIR UH series, NADIR UP series, NAD RUS series, NADIR UC series, NADIR UV series, nanofiltration membrane manufactured by Daisen Membrane Systems: NADIR NP010, NADIR NP030, reverse osmosis membrane manufactured by Daisen Membrane Systems: NADIR SW, nanofiltration manufactured by Toray Industries, Inc. Membrane: SU series, Toray's reverse osmosis membrane: SU series, SUL series, SC series, GE Water & Process Technologies ultrafiltration membrane: G series membrane, P series membrane, MW series membrane, GE water -Nanofiltration membrane manufactured by And Process Technologies: DESAL series; Nanofiltration membrane manufactured by Cork Membrane: MPT series, MPS series.

上記分子ふるい膜の中で好ましくはオメガシリーズ、マイクローザAVシリーズ、マイクローザSWシリーズ、RS50、NTR−7250、NTR−7259、NTR−7410、NTR−7450、バイオマックス膜、NADIR UHシリーズ、NADIR UPシリーズ、NADIR USシリーズ、NADIR UCシリーズ、NADIR UVシリーズ、NADIR NP010、NADIR NP030、SUシリーズ、Gシリーズ膜、Pシリーズ膜、MWシリーズ膜、DESALシリーズ、MPSシリーズであり、より好ましくはNTR−7410、NTR−7450、NADIR NP010、NADIR NP030、Gシリーズ膜、DESALシリーズ、MPSシリーズであり、更に好ましくはNTR−7410、NTR−7450、Gシリーズ膜、DESALシリーズ、MPSシリーズである。 Among the above molecular sieve membranes, preferably Omega series, Microza AV series, Microza SW series, RS50, NTR-7250, NTR-7259, NTR-7410, NTR-7450, Biomax membrane, NADIR UH series, NADIR UP Series, NADIR US series, NADIR UC series, NADIR UV series, NADIR NP010, NADIR NP030, SU series, G series film, P series film, MW series film, DESAL series, MPS series, more preferably NTR-7410, NTR-7450, NADIR NP010, NADIR NP030, G series membrane, DESAL series, MPS series, more preferably NTR-7410, NTR-745 , G series film, DESAL series, is the MPS series.

本発明においては、均一系酸触媒の分子量、分離膜の分画分子量、及び、単糖類の分子量の大小関係は、均一系酸触媒の分子量>分離膜の分画分子量>単糖類の分子量である。また、均一系酸触媒含有溶液に均一系酸触媒以外の溶質が含まれている場合には、均一系酸触媒の分子量>分離膜の分画分子量>均一系酸触媒以外の溶質の分子量という大小関係であることが好ましい。このような条件で膜分離を実施すると、触媒は膜を透過せずに原液側(濃縮液側)に留まり、均一系酸触媒以外の溶質及び溶媒は膜を透過し透過液側に移動する。濃縮側の触媒は水などの溶媒で希釈されにくいことから、高い濃度で触媒を回収することができ、かつ高回収率とすることが可能である。さらに触媒の濃縮が必要な場合は、そのまま膜分離によって低エネルギーで濃縮することができる。 In the present invention, the molecular weight of the homogeneous acid catalyst, the molecular weight of the separation membrane, and the molecular weight of the monosaccharide are: molecular weight of the homogeneous acid catalyst> fractionation molecular weight of the separation membrane> molecular weight of the monosaccharide. . When the homogeneous acid catalyst-containing solution contains a solute other than the homogeneous acid catalyst, the molecular weight of the homogeneous acid catalyst> the molecular weight of the separation membrane> the molecular weight of the solute other than the homogeneous acid catalyst. A relationship is preferred. When membrane separation is performed under such conditions, the catalyst does not permeate the membrane but remains on the stock solution side (concentrate side), and solutes and solvents other than the homogeneous acid catalyst permeate the membrane and move to the permeate side. Since the catalyst on the concentration side is difficult to be diluted with a solvent such as water, the catalyst can be recovered at a high concentration and a high recovery rate can be achieved. Further, when it is necessary to concentrate the catalyst, it can be concentrated with low energy by membrane separation as it is.

上記膜分離処理を行う方法としては、原液側(濃縮液側)を加圧する方法、透過液側を減圧する方法、浸透圧で拡散させる方法、遠心分離による方法、電位差を利用する方法等が挙げられるが、好ましくは原液側を加圧する方法、浸透圧で拡散させる方法であり、より好ましくは原液側を加圧する方法である。原液側を加圧する方法の場合、膜分離実施時の圧力(ゲージ圧)は、0.01MPa〜10MPaが好ましく、より好ましくは0.03MPa〜5MPaであり、最も好ましくは0.05MPa〜4MPaである。 Examples of the method for performing the membrane separation treatment include a method of pressurizing the stock solution side (concentrate side), a method of reducing the pressure of the permeate side, a method of diffusing by osmotic pressure, a method of centrifugation, and a method of utilizing a potential difference. However, a method of pressurizing the stock solution side and a method of diffusing by osmotic pressure are preferable, and a method of pressurizing the stock solution side is more preferable. In the case of the method of pressurizing the stock solution side, the pressure (gauge pressure) at the time of membrane separation is preferably 0.01 MPa to 10 MPa, more preferably 0.03 MPa to 5 MPa, and most preferably 0.05 MPa to 4 MPa. .

上記膜分離処理における膜分離実施時のろ過形式としてはデットエンド形式、クロスフロー形式いずれも適用できるが、本発明における均一系酸触媒を分離する工程においては、均一系酸触媒含有溶液が高濃度であっても、均一系酸触媒の分離を高効率に行うことが可能であることから、好ましくはクロスフロー形式である。
クロスフロー形式の膜分離は、例えば、スパイラル状の分離膜モジュールに送液ポンプにて分離対象液を送液しながら加圧することで透過液を取得する方法により行うことができる。
上記膜分離実施時における温度としては、0℃〜100℃が好ましく、より好ましくは0℃〜80℃であり、最も好ましくは5℃〜50℃である。
上記膜分離はバッチ式、連続式、半連続式、いずれの方法も用いることが出来るが、好ましくはバッチ式、連続式である。単糖類の収率を向上させるために、濃縮液に水を加えながら膜分離をしても良い。
In the membrane separation process, both the dead-end format and the cross-flow format can be applied as the filtration format at the time of membrane separation. However, in the step of separating the homogeneous acid catalyst in the present invention, the homogeneous acid catalyst-containing solution has a high concentration. However, since it is possible to perform the separation of the homogeneous acid catalyst with high efficiency, the cross flow type is preferable.
Cross-flow membrane separation can be performed, for example, by a method of obtaining a permeated liquid by applying pressure to a spiral separation membrane module while feeding a separation target liquid with a liquid feed pump.
The temperature during the membrane separation is preferably 0 ° C to 100 ° C, more preferably 0 ° C to 80 ° C, and most preferably 5 ° C to 50 ° C.
For the membrane separation, any of batch, continuous and semi-continuous methods can be used, but batch and continuous methods are preferred. In order to improve the yield of monosaccharides, membrane separation may be performed while adding water to the concentrate.

上記膜分離処理により分離された単糖類は、必要に応じて中和工程を経て発酵工程へ使用することが出来る。本発明では単糖類と酸触媒が膜分離によって分離されているため、糖液中和の必要性が低いことも利点である。すなわち、単糖類の製造方法が、触媒分離工程によって分離した均一系酸触媒を回収し、リサイクルするリサイクル工程を含むことは、本発明の好適な実施形態の1つである。ここでリサイクルとは、膜分離によって回収した触媒を加水分解反応に繰り返し利用することを意味する。 The monosaccharides separated by the membrane separation treatment can be used for the fermentation step through a neutralization step as necessary. In the present invention, since the monosaccharide and the acid catalyst are separated by membrane separation, it is also an advantage that the necessity of neutralizing the sugar solution is low. That is, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the method for producing monosaccharides includes a recycling step of collecting and recycling the homogeneous acid catalyst separated in the catalyst separation step. Here, recycling means that the catalyst recovered by membrane separation is repeatedly used for the hydrolysis reaction.

上記膜分離処理によって回収される触媒液の酸触媒濃度は、好ましくは上記加水分解工程に使用される酸触媒濃度の0.8倍以上であり、より好ましくは1.0倍以上であり、更に好ましくは1.5倍以上である。回収される酸触媒濃度を、加水分解の際の酸触媒濃度より高める(すなわち1.0倍以上の濃度にして回収する)ことで、分離した触媒液を直ちにリサイクルすることも出来る。このように、触媒分離工程の後、直ちにリサイクル工程を行うことも本発明の好適な実施形態の1つである。直ちにリサイクル工程を行うとは、濃縮のための脱水工程を行わず、再度加水分解工程を行うことを意味する。加水分解の前に、水を加えて濃度調整を行っても良い。 The acid catalyst concentration of the catalyst solution recovered by the membrane separation treatment is preferably 0.8 times or more, more preferably 1.0 times or more of the acid catalyst concentration used in the hydrolysis step. Preferably it is 1.5 times or more. By separating the recovered acid catalyst concentration from the acid catalyst concentration at the time of hydrolysis (that is, recovering it to a concentration of 1.0 times or more), the separated catalyst solution can be immediately recycled. Thus, it is one of the preferred embodiments of the present invention to perform the recycling step immediately after the catalyst separation step. Immediately performing the recycling process means performing the hydrolysis process again without performing the dehydration process for concentration. Prior to hydrolysis, the concentration may be adjusted by adding water.

また、回収される上記触媒液の酸触媒濃度としては、上限値は50%である。加水分解の際の酸触媒濃度との兼ね合いにもよるが、より好ましくは30%であり、更に好ましくは20%であり、最も好ましくは10%である。上記膜分離処理によって回収する触媒の回収率は、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましく、99%以上であることが最も好ましい。 Moreover, as an acid catalyst density | concentration of the said catalyst liquid collect | recovered, an upper limit is 50%. Although depending on the balance with the acid catalyst concentration during hydrolysis, it is more preferably 30%, still more preferably 20%, and most preferably 10%. The recovery rate of the catalyst recovered by the membrane separation treatment is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, further preferably 90% or more, and most preferably 99% or more. preferable.

上記回収された触媒はそのまま再使用することが望ましいが、カチオン交換を受けてプロトン濃度が低下している場合は、触媒の再生工程を設けることが好ましい。ここで再生工程とは、交換したカチオンを再度プロトン型に戻すことである。再生の方法としては、カチオン交換体を使用する方法が好ましい。具体的には、プロトン型のカチオン交換体と回収した酸触媒液とをカラムを用いて接触させる方法が好ましい。カチオン交換体としては、陽イオン交換樹脂等の有機物、ゼオライト等の無機物を用いることが出来る。好ましくは陽イオン交換樹脂を用いる方法である。カチオン交換によりプロトンの減少したカチオン交換体は、硫酸等の強酸類を通液することで再生、再利用することができる。 Although it is desirable to reuse the recovered catalyst as it is, it is preferable to provide a catalyst regeneration step when the proton concentration is lowered due to cation exchange. Here, the regeneration step is to return the exchanged cations to the proton type again. As a regeneration method, a method using a cation exchanger is preferred. Specifically, a method in which a proton-type cation exchanger and a recovered acid catalyst solution are contacted using a column is preferable. As the cation exchanger, an organic substance such as a cation exchange resin or an inorganic substance such as zeolite can be used. A method using a cation exchange resin is preferred. The cation exchanger whose proton has been reduced by cation exchange can be regenerated and reused by passing strong acids such as sulfuric acid through it.

本発明の単糖類の製造方法は、上述の構成よりなり、効率的に多糖類を加水分解し、単糖類をより高い収率、選択率で製造することができるために、単糖類の製造方法として好適に用いることができるものである。 The method for producing monosaccharides of the present invention has the above-described configuration, and can efficiently hydrolyze polysaccharides and produce monosaccharides with higher yield and selectivity. Can be suitably used.

図1は、実施例及び比較例において用いられる反応装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a reaction apparatus used in Examples and Comparative Examples.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

実施例及び比較例で用いた分析方法、計算方法を以下に示す。
<単糖類の定量>
高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で行った。カラムは東ソー社製、TSK−GEL Amide80を用い、屈折率計(RI)で検出した。単糖類の収率は以下の式に従って算出した。
単糖類の収率(質量%)=(生成した単糖類の総質量/原料多糖類の質量)×100
ここで原料多糖類の質量とは、セルロースの場合は原料セルロースの乾燥質量、パーム空果房(パームの実を取った後の果房、以後、パームEFBと称する)の場合は原料パームEFBの乾燥質量のこととする。
The analysis methods and calculation methods used in Examples and Comparative Examples are shown below.
<Quantification of monosaccharides>
High performance liquid chromatography (HPLC) was performed. The column was detected with a refractometer (RI) using TSK-GEL Amide 80 manufactured by Tosoh Corporation. The yield of monosaccharide was calculated according to the following formula.
Yield of monosaccharide (mass%) = (total mass of produced monosaccharide / mass of raw material polysaccharide) × 100
Here, the mass of the raw material polysaccharide is the dry weight of the raw material cellulose in the case of cellulose, and the empty palm of the palm (the fruit bunch after removing the fruit of the palm, hereinafter referred to as palm EFB). It means dry mass.

<副生成物の定量>
HPLCにて行った。カラムは東ソー社製、TSK−GEL ODS−100Vを用い、紫外分光光度計(UV)、及びRIを用いて検出した。糖化反応の単糖類の選択率(生成選択率)は以下の式に従って算出した。
選択率(質量%)=(生成した単糖類の総質量/生成物の総質量(単糖類及び副生成物))×100
副生成物とは、単糖類が過分解して生成するフルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール、ギ酸、レブリン酸、及び酢酸のことである。
<Quantification of by-products>
Performed by HPLC. The column was detected by using an ultraviolet spectrophotometer (UV) and RI using TSK-GEL ODS-100V manufactured by Tosoh Corporation. The selectivity for monosaccharides in the saccharification reaction (production selectivity) was calculated according to the following formula.
Selectivity (mass%) = (total mass of produced monosaccharides / total mass of products (monosaccharides and by-products)) × 100
By-products are furfural, hydroxymethylfurfural, formic acid, levulinic acid, and acetic acid that are generated by monodegradation of monosaccharides.

(実施例1)
図1に示すような、反応容器、反応容器に接続された触媒溶液を保持するタンク(触媒液タンク)及びその他付帯部品で構成される反応装置を用い、以下のように糖化反応を実施した。
反応容器(1)にセルロース粉末(商品名「アビセル」、Merck KGaA社製)1.5gおよび水12.0gを仕込み、バルブ(5)より窒素ガスを導入して3MPaに予備加圧した。また、タンク(2)にリンタングステン酸(日本無機化学社製)の10重量%水溶液1.5gを仕込み、バルブ(6)より窒素ガスを導入して7MPaに予備加圧した。反応容器を275℃に保った熱媒浴に浸して加熱し、反応を開始した。途中300秒経過して内温が240℃になった時点でバルブ(7)および(8)を開けて触媒溶液を反応容器内に圧送して添加して反応を継続した後、容器本体を熱媒浴から取り出して室温の水に浸して急冷して反応を終了した。未反応のセルロースをろ過により取り除いた反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、グルコース、マンノースないしレボグルコサンからなる単糖類が生成していることがわかった。触媒を添加する時間を昇温開始から300秒で一定にし、昇温開始から急冷を開始するまでの反応時間を変化させた結果、反応時間370秒のときに単糖類の収率は64%の最高値を示し、そのときの選択率は88%であった。
Example 1
A saccharification reaction was carried out as follows using a reaction apparatus comprising a reaction vessel, a tank (catalyst solution tank) for holding a catalyst solution connected to the reaction vessel, and other accessory parts as shown in FIG.
A reaction vessel (1) was charged with 1.5 g of cellulose powder (trade name “Avicel”, manufactured by Merck KGaA) and 12.0 g of water, nitrogen gas was introduced from the valve (5) and prepressurized to 3 MPa. Further, 1.5 g of a 10 wt% aqueous solution of phosphotungstic acid (manufactured by Nippon Inorganic Chemical Co., Ltd.) was charged into the tank (2), and nitrogen gas was introduced from the valve (6) and pre-pressurized to 7 MPa. The reaction vessel was immersed in a heating medium bath maintained at 275 ° C. and heated to start the reaction. When the internal temperature reaches 240 ° C. after 300 seconds, the valves (7) and (8) are opened and the catalyst solution is pumped into the reaction vessel to continue the reaction. The reaction was terminated by removing from the medium bath and immersing in water at room temperature to quench. As a result of analyzing the reaction liquid from which unreacted cellulose was removed by filtration by high performance liquid chromatography, it was found that monosaccharides composed of glucose, mannose or levoglucosan were produced. As a result of changing the reaction time from the start of the temperature rise to the start of the rapid cooling as a result of changing the reaction time from the start of the temperature rise to the start of the rapid cooling, the yield of the monosaccharide was 64%. The highest value was shown, and the selectivity at that time was 88%.

(実施例2)
反応開始から180秒経過して内温が225℃になった時点で触媒を添加した以外は、実施例1と同様に反応及び分析を実施した結果、反応時間340秒のときに単糖類の収率は63%の最高値を示し、そのときの選択率は86%であった。なお、実施例2においては、触媒を添加する時間は昇温開始から180秒で一定にして行った。
(Example 2)
As a result of carrying out the reaction and analysis in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was added when the internal temperature reached 225 ° C. after 180 seconds from the start of the reaction, the monosaccharides were collected when the reaction time was 340 seconds. The rate showed the highest value of 63%, and the selectivity at that time was 86%. In Example 2, the time for adding the catalyst was fixed at 180 seconds from the start of temperature increase.

(実施例3)
セルロース粉末に代えて、特許第4603627号公報に記載の方法であらかじめ脱塩及び脱ヘミセルロース処理を施したパームEFBの乾燥体を用いた以外は、実施例1と同様に反応及び分析を実施した結果、反応時間380秒のときに単糖類の収率は52%の最高値を示し、そのときの選択率は71%であった。
(Example 3)
Results of carrying out the reaction and analysis in the same manner as in Example 1 except that instead of cellulose powder, a dried body of palm EFB that had been desalted and dehemicellulose treated in advance by the method described in Japanese Patent No. 4603627 was used. When the reaction time was 380 seconds, the yield of monosaccharides showed a maximum value of 52%, and the selectivity at that time was 71%.

(比較例1)
反応開始から105秒経過して内温が190℃になった時点で触媒を添加した以外は、実施例1と同様に反応及び分析を実施した結果、反応時間310秒のときに単糖類の収率は58%の最高値を示し、そのときの選択率は83%であった。なお、比較例1においては、触媒を添加する時間は昇温開始から105秒で一定にして行った。
(Comparative Example 1)
The reaction and analysis were performed in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was added when the internal temperature reached 190 ° C. after 105 seconds from the start of the reaction. The rate showed the highest value of 58%, and the selectivity at that time was 83%. In Comparative Example 1, the time for adding the catalyst was fixed at 105 seconds from the start of temperature increase.

(比較例2)
昇温を開始する反応開始時に触媒を添加した以外は、実施例1と同様に反応及び分析を実施した結果、反応時間300秒のときに単糖類の収率は58%の最高値を示し、そのときの選択率は82%であった。なお、比較例2においては、触媒は反応開始時に添加することで一定して行った。
(Comparative Example 2)
The reaction and analysis were performed in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was added at the start of the reaction to start the temperature increase. As a result, the yield of monosaccharides showed a maximum value of 58% when the reaction time was 300 seconds, The selectivity at that time was 82%. In Comparative Example 2, the catalyst was constantly added by adding it at the start of the reaction.

実施例及び比較例の結果から、以下のことがわかった。
均一系酸触媒を用いて多糖類を加水分解して単糖類を製造する際、多糖類と水とを含む混合物をまず昇温し、その混合物が200℃以上まで加熱された後に均一系酸触媒を添加して、多糖類の加水分解反応を行うことで、単糖類をより高い収率、選択率で得ることができることが実証された。一方で、多糖類と水とを含む混合物の温度が200℃未満のときに均一系酸触媒を添加したり、多糖類と水とを含む混合物の昇温開始時に均一系酸触媒を添加したりした場合には、単糖類の収率、選択率共に低下することが確認された。
なお、上記実施例においては、特定の均一系酸触媒、多糖類を用いて加水分解を行った例が示されているが、均一系触媒を用いて多糖類を加水分解する機構は、全て同様であることから、上記実施例、比較例の結果から、本発明の技術的範囲全般において、また、本明細書において開示した種々の形態において本発明が適用でき、有利な作用効果を発揮することができると言える。
The following was found from the results of Examples and Comparative Examples.
When producing a monosaccharide by hydrolyzing a polysaccharide using a homogeneous acid catalyst, the temperature of the mixture containing the polysaccharide and water is first raised, and the mixture is heated to 200 ° C. or higher and then the homogeneous acid catalyst. It was proved that monosaccharides can be obtained with higher yield and selectivity by conducting hydrolysis reaction of polysaccharides by adding. On the other hand, a homogeneous acid catalyst is added when the temperature of the mixture containing the polysaccharide and water is less than 200 ° C., or a homogeneous acid catalyst is added at the start of temperature increase of the mixture containing the polysaccharide and water. In this case, it was confirmed that both the yield and selectivity of monosaccharides decreased.
In the above examples, examples of hydrolysis using a specific homogeneous acid catalyst and polysaccharide are shown, but the mechanisms for hydrolyzing polysaccharide using a homogeneous catalyst are all the same. Therefore, from the results of the above-mentioned Examples and Comparative Examples, the present invention can be applied in various technical forms of the present invention and in various forms disclosed in the present specification, and exhibit advantageous effects. Can be said.

1:反応容器
2:触媒液タンク
3:圧力ゲージ
4:安全弁
5、6、7、8:締切バルブ
9:熱電対
10:攪拌子
1: Reaction vessel 2: Catalyst tank 3: Pressure gauge 4: Safety valve 5, 6, 7, 8: Cut-off valve 9: Thermocouple 10: Stirrer

Claims (5)

均一系酸触媒を用いて多糖類を加水分解し、単糖類を製造する方法であって、
該製造方法は、多糖類と水とを含む混合物を昇温する加熱工程と、該混合物が200℃以上に加熱された後に均一系酸触媒を添加して多糖類の加水分解を行う加水分解工程とを含むことを特徴とする単糖類の製造方法。
A method for producing a monosaccharide by hydrolyzing a polysaccharide using a homogeneous acid catalyst,
The production method includes a heating step of heating a mixture containing a polysaccharide and water, and a hydrolysis step of hydrolyzing the polysaccharide by adding a homogeneous acid catalyst after the mixture is heated to 200 ° C. or higher. And a method for producing a monosaccharide.
前記製造方法は、加水分解工程における加水分解反応温度が200〜300℃であることを特徴とする請求項1に記載の単糖類の製造方法。 The method for producing a monosaccharide according to claim 1, wherein the production method has a hydrolysis reaction temperature in the hydrolysis step of 200 to 300 ° C. 前記均一系酸触媒は、ヘテロポリ酸を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の単糖類の製造方法。 The method for producing a monosaccharide according to claim 1 or 2, wherein the homogeneous acid catalyst contains a heteropolyacid. 前記均一系酸触媒は、リンタングステン酸であることを特徴とする請求項3に記載の単糖類の製造方法。 The method for producing a monosaccharide according to claim 3, wherein the homogeneous acid catalyst is phosphotungstic acid. 前記製造方法は、更に、前記加水分解工程後、均一系酸触媒含有溶液と加水分解反応残渣とに分離する固液分離工程、並びに、該固液分離工程によって分離された均一系酸触媒含有溶液及び/又は加水分解反応残渣から均一系酸触媒を分離する触媒分離工程を含み、
該触媒分離工程は、下記(A)〜(C)からなる群より選択される少なくとも1つの工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の単糖類の製造方法。
(A)均一系酸触媒含有溶液に対して、有機高分子膜の分子ふるい膜を用いた均一系酸触媒の膜分離処理を施して均一系酸触媒を分離する工程。
(B)均一系酸触媒の一部が吸着した加水分解反応残渣に対して、残渣内の有機物の熱分解処理を施して均一系酸触媒を分離する工程。
(C)均一系酸触媒の一部が吸着した加水分解反応残渣に対して、アルカリ性溶液又は有機溶媒含有溶液を用いた均一系酸触媒の溶出処理を施して均一系酸触媒を分離する工程。
The production method further includes a solid-liquid separation step of separating the homogeneous acid catalyst-containing solution and the hydrolysis reaction residue after the hydrolysis step, and a homogeneous acid catalyst-containing solution separated by the solid-liquid separation step And / or a catalyst separation step of separating the homogeneous acid catalyst from the hydrolysis reaction residue,
The method for producing a monosaccharide according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst separation step includes at least one step selected from the group consisting of the following (A) to (C).
(A) A step of separating the homogeneous acid catalyst by subjecting the homogeneous acid catalyst-containing solution to a membrane separation treatment of a homogeneous acid catalyst using a molecular sieve membrane of an organic polymer membrane.
(B) A step of separating the homogeneous acid catalyst by subjecting the hydrolysis reaction residue to which a part of the homogeneous acid catalyst is adsorbed to a thermal decomposition treatment of organic substances in the residue.
(C) The process of performing the elution process of the homogeneous acid catalyst using an alkaline solution or an organic solvent containing solution with respect to the hydrolysis reaction residue which a part of homogeneous acid catalyst adsorbed, and isolate | separating a homogeneous acid catalyst.
JP2011076548A 2011-03-30 2011-03-30 Method for producing monosaccharide Withdrawn JP2012210160A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011076548A JP2012210160A (en) 2011-03-30 2011-03-30 Method for producing monosaccharide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011076548A JP2012210160A (en) 2011-03-30 2011-03-30 Method for producing monosaccharide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012210160A true JP2012210160A (en) 2012-11-01

Family

ID=47264704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011076548A Withdrawn JP2012210160A (en) 2011-03-30 2011-03-30 Method for producing monosaccharide

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012210160A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015523059A (en) * 2012-05-07 2015-08-13 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイShell Internationale Research Maatschappij Beslotenvennootshap A continuous or semi-continuous process for biomass to produce materials useful for biofuels
WO2016199924A1 (en) * 2015-06-11 2016-12-15 出光興産株式会社 Method for producing cellulose-containing solid material and method for producing glucose

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015523059A (en) * 2012-05-07 2015-08-13 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイShell Internationale Research Maatschappij Beslotenvennootshap A continuous or semi-continuous process for biomass to produce materials useful for biofuels
WO2016199924A1 (en) * 2015-06-11 2016-12-15 出光興産株式会社 Method for producing cellulose-containing solid material and method for producing glucose
JP2017000093A (en) * 2015-06-11 2017-01-05 出光興産株式会社 Method for producing cellulose-containing solid and method for producing glucose
US10450698B2 (en) 2015-06-11 2019-10-22 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Method for producing cellulose-containing solid material and method for producing glucose

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4603627B2 (en) Monosaccharide production method
Sabiha-Hanim et al. Sugarcane Bagasse Pretreatment Methods for Ethanol
US11312977B2 (en) Pretreatment with lignosulfonic acid
Sainio et al. Production and recovery of monosaccharides from lignocellulose hot water extracts in a pulp mill biorefinery
JP6007791B2 (en) Method for producing sugar solution
CN103748232A (en) Method for producing ethanol using cellulosic biomass as starting material
CA2819042A1 (en) Method for producing concentrated aqueous sugar solution
CA2819019A1 (en) Method for producing concentrated aqueous sugar solution
WO2014106221A1 (en) Processes and apparatus for producing fermentable sugars, cellulose solids, and lignin from lignocellulosic biomass
WO2014103185A1 (en) Condensed saccharification liquid production method
EP1863736B1 (en) Recovery of sulphuric acid
Yang et al. Integrated forest biorefinery: value-added utilization of dissolved organics in the prehydrolysis liquor of prehydrolysis kraft (PHK) dissolving pulp production process
JP7245299B2 (en) Method and apparatus for enzymatic hydrolysis, liquid fraction and solid fraction
CN115141855A (en) Method for treating lignocellulosic biomass
JP2012210160A (en) Method for producing monosaccharide
Bułkowska et al. Pretreatment of lignocellulosic biomass
JP2009022180A (en) Method for producing sugar liquid from cellulosic biomass
CN107532221B (en) Method for recovering acid from acid/sugar solution
Nitzsche et al. Nanofiltration of Organosolv Hemicellulose Hydrolyzate: Influence of Hydrothermal Pretreatment and Membrane Characteristics on Filtration Performance and Fouling
WO2016113221A1 (en) Process for producing a purified liquid sugar stream
JP7297232B2 (en) Method for saccharification of lignocellulosic biomass
JP5561752B2 (en) Method for producing alcohol
Peydecastaing Lignocellulosic Biomass Fractionation by Mineral Acids and Resulting Extract Purification Processes: Conditions, Yields, and Purities
WO2014024220A1 (en) Saccharified solution production method using cellulosic biomass as raw material, and saccharified solution production apparatus
Coz Fernández et al. Physico-chemical alternatives in lignocellulosic materials in relation to the kind of component for fermenting purposes

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140603