JPS63167796A - セルロ−ス質材酵素加水分解の前処理方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （−ｒ）技術分野 この発明はセルロース質材酵素加水分解の前処理方法に
関するものである。

（ロ）技術背景 近年、自然界に豊富に存在するセルロースを分解し、エ
ネルギー、食糧、工業原料の資源となるグルコースを生
産しようという試みが広く行なわれている。

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

しかしながら、木材、稲ワラ、小麦ワラ、トウモロコシ
の茎、葉、バガスおよび紙類なとに含まれる天然のセル
ロースは、一般に結晶性が高く、またリグニン、灰分な
どと混在しているため、酵素加水分解に対して強い抵抗
性を示し、反応速度は遅く、分解率は低いという欠点が
ある。

この欠点を取り除くため、酵素加水分解を行なう前に爆
砕、ボールミルなどによる機緘的粉砕、高温加熱粉砕、
γ線照射による破壊などセルロースの非品性を高めたり
、反応表面積を増大させる物理的面処理や、リン酸、硫
酸、塩化亜鉛、カドキセンおよび水酸化ナトリウムなど
の試薬によりセルロースの結晶構造を破壊したり、リグ
ニンを溶解除去するなどの化学的方法が前処理として行
なわれている。

上記のような前処理方法は、稲ワラ、小麦ワラ、バガス
などの草木類やブナ、ナラなどの広葉樹材には効果があ
り、粉砕時間、温度、圧力、照射量、濃度などを適当に
選択すれば、含有セルロースのほぼ１００％を酵素加水
分解することができる。

しかし、杉、松などの針葉樹材は物理的構造、リグニン
種およびセルロースの重合度、結晶化度の違いなどの理
由により、草木類および広葉樹材に比へて酵素加水分解
に対して強い抵抗性を示し、単なる物理的または化学的
処理を行なってら酵素加水分解率を向上さけることは困
難である。

この発明は、上記の観点から、杉、松などの針葉樹材に
対する酵素加水分解率を向上せしめる前処理方法につい
て検討した結果完成された乙のである。

（ハ）発明の開示 即ち、この発明の要旨は、セルロース質材に対し、予め
電子線またはγ線と１ｏ８ｒａｄ以上１０６ｒａｄ以下
照射したセルロース質材にハロゲンまたはハロゲン化合
物による処理を施したのち、該セルロース質材をアルカ
リ水溶液によって脱リグニン処理を行う前処理において
、酸素を除去した雰囲気下において、電子線またはγ線
を照射すること、あるいはハロゲンまたはハロゲン化合
物による処理を行うこと、あるいは電子線またはγ線の
照射及びハロゲンまたはハロゲン化合物による処理を行
うことを特徴とするセルロース質材酵素加水分解の前処
理方法にあり、この前処理によって杉、松などの針葉樹
材はもとより草木類・広葉樹材などの酵素加水分解率を
高めることができる。

木材のようなリグニンを含むセルロース質材に対するハ
ロゲン処理は、リグニンの芳香核にハロゲン化が起こり
、アルカリによってリグニンが溶解するようになること
は公知である。

このハロゲン化は室温においても進行し得る。

このようなハロゲン化を十分に行なうことにより、その
ハロゲン化リグニンの一部をアルカリ水溶液によって溶
解除去すれば、酵素加水分解率が飛躍的に増大しうる。

このときの脱リグニン処理には水酸化ナトリウム水溶液
、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液などのアル
カリ水溶液を用いることができる。

しかしながら、高濃度糖液を得るに必要となる酵素加水
分解の際の高基質濃度化のため、および酵素回収に対し
て障害となる糖化終了後の基質残渣への酵素の吸着を除
去するためには、できるだ１＋、１ｒ、　＠ｒ、−４＊
　ｈ　Ｘ　＃Ｂガｎ　−Ａｔ　Ｑ　Ｗ　ｈ　Ｉｔ　　囲
ｔ−，Ｉ＋ゲニンや天分を除去しておくことが望ましい
。

本発明台らは、予めＩＯ’ｒａｄ以上１０＠ｒａｄ以下
の電子線またはγ線を杉、松などの針葉樹材に照射し、
ハロゲンまたはハロゲン化合物により処理を行った後、
アルカリ水溶液によって脱リグニン処理を行って、高い
リグニンの除去率と高い基質に対する糖化率が得られる
ことを見出したが、その際少量ではあるが、セルロース
部分の溶解除去が行われてしまい、セルロースの利用効
率という点では問題があった。

本発明におけるリグニンの除去は、γ線または電子線の
照射によるリグニンの反応性の向上により、ハロゲンま
たはハロゲン化合物がリグニンと反応を起こし、アルカ
リ水溶液による加水分解糖により溶解除去がおこるもの
である。同じ処理においてセルロースは、γ線または電
子線の照射によって重合度が低下し、またハロゲンまた
はハロゲン化合物の処理によっても重合度が低下し、そ
の結果低分子となったセルロースはアルカリ水溶液によ
って溶解除去されてしまうことがある。本発明者らは、
このセルロースの重合度の低下が酸素によって促進され
るものであることを見出し、γ線または電子線の照射あ
るいはハロゲンまたはハロゲン化合物による処理あるい
はγ線または電子線の照射及びハロゲンまたはハロゲン
化合物による処理を酸素を除去した雰囲気にて行うこと
により、脱リグニンの効果はそのままで、セルロースの
溶解除去を抑えられることを見出した。この結果、もと
もとセルロース質材に含まれていたセルロースの殆どを
酵素糖化によって、グルコースとして回収することが可
能となった。

本方法は酵素糖化に対して最も抵抗性の高い針葉樹に対
して効果があり、また草木類・広葉樹というセルロース
質材に対してら効果があることは勿論である。

以下、この発明の実施例を比較例とともに説明する。

比較例 予め２〜３ｃｍのカンナ屑とした杉に対し、空気中にて
２．４　Ｘ　Ｉ　０７ｒａｄの電子線を照射した後、１
ｕｍφ丸孔スクリーンを用いてハンマーミル粉砕したの
ち、篩によって４２〜８０メソンユ分を分粒したムのを
処理の試料とした。試料２ｚを空気中にて０．５％塩素
水２００ｚ４中に入れ、室温にて１０分間撹拌した後、
２００メソシユのステンレススクリーンによってシ濾過
し、十分に水で洗浄した。ステンレススクリーン上に残
った試料を１゜０規定の水酸化ナトリウム水溶液５ＣＪ
ｐ（ｌに３０℃にて１時間浸漬して処理を行い、再度２
００メツシユのステンレススクリーンにてシ濾過、水洗
を行った。

得られた試料の重量及び含水率を測定し、この試料から
前処理によって除去された重量の割合、すなわち除去率
、 を算出した 以上の前処理を行なった試料を１００ｍ（マイヤーフラ
スコに入れ、絶乾重量で２％となるようｐＨ４，９の０
．１モル酢酸緩衝液を加え、セルロース加水分解酵素（
商品名、セルラーゼオノズカＲ−１０）を１％となるよ
う加えて４５℃に保った往復式培養振盪材中で酵素加水
分解を行ない４８時間後の反応溶液中の生成グルコース
量を測定し、対基質酵素加水分解を算定した。

なお、反応液中のグルコース量は、固定化酵素膜を用い
たグルコース測定装置（イエロースプリングインストル
メント社製、Ｙ　Ｓ　Ｉ　　ｍｏｄｅｌ　２３Ａ）によ
って測定した。

その結果、除去率は６２．６％、対基質酵素加水分解率
７７．８％となり、もともとのスギ重量に対しグルコー
スとして２９，１％が回収できた。

実施例 塩素処理及びアルカリ処理を窒素中にて行ったほかは、
比較例と同様にして行った結果、除去率は４５．６％対
基質酵素加水分解率７２．１％となり、もともとのスギ
重量に対しグルコースとして３９．３％がｌ′１ｌｌｉ
′Ｉ収でき、比較例に対して７　ｔｌとｔｌとのスギ重
量に対し１０％のグルコース止しての回収増加が可能と
なった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め酸素を除去した雰囲気下にて電子線またはγ
   線を１０＾６ｒａｄ以上１０＾８ｒａｄ以下照射したセ
   ルロース質材にハロゲンまたはハロゲン化合物により処
   理を施した後、該セルロース質材をアルカリ水溶液によ
   って脱リグニンを行うことを特徴としたセルロース質材
   酵素加水分解の前処理方法。
2. （２）予め電子線またはγ線を１０＾６ｒａｄ以上１０
   ＾８ｒａｄ以下照射したセルロース質材に、酸素を除去
   した雰囲気下にてハロゲンまたはハロゲン化合物により
   処理を施した後、該セルロース質材をアルカリ水溶液に
   よって脱リグニンを行なうことを特徴としたセルロース
   質材酵素加水分解の前処理方法。
3. （３）酸素を除去した雰囲気下にて電子線またはγ線の
   照射を行うことを特徴とした、特許請求の範囲第２項記
   載のセルロース質材酵素加水分解の前処理方法。
4. （４）酸素を除去した雰囲気下にてアルカリ水溶液によ
   って脱リグニンを行うことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第３項記載のセルロース質材酵素加水分解
   の前処理方法。