JP2016005485A - Method for producing saccharide from cellulose-containing substance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロース含有物から糖を製造する方法に関する。より具体的には、本発明は、セルロース含有物に叩解処理を行い、セルラーゼによってセルロース含有物を糖化する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing sugar from a cellulose-containing material. More specifically, the present invention relates to a method of beating a cellulose-containing material and saccharifying the cellulose-containing material with cellulase.
近年、環境意識の高まりなどによりバイオマスの有効利用に関する検討が盛んに行われている。特にバイオマスを原料として製造されるバイオエタノールは、例えば、ガソリン代替物質としてのさらなる普及が期待されている。例えば、バイオマス原料としてセルロース系原料を利用して糖を製造し、エタノール発酵により糖からエタノールを得る技術について種々の研究が行われている。 In recent years, studies on effective use of biomass have been actively conducted due to an increase in environmental awareness. In particular, bioethanol produced using biomass as a raw material is expected to spread further, for example, as a gasoline substitute. For example, various studies have been conducted on a technique for producing sugar using a cellulose-based raw material as a biomass raw material and obtaining ethanol from the sugar by ethanol fermentation.
バイオマス原料としてセルロース系原料を使用する場合、セルロース系原料としては、リグニンを含むリグノセルロースや、リグニンが除去されたセルロースなどが一般に使用される。リグノセルロース原料としては、例えば、広葉樹や針葉樹などの木材、麦わらやとうもろこし残渣などの農業残渣などを挙げることができ、リグニンがある程度除去されたセルロース原料としては、パルプなどを挙げることができる。セルロース系原料の由来としては、木材、麦わら、稲わら、とうもろこし、ケナフなどが知られているが、木材を由来とする木質系セルロースは、製紙用パルプとして広く生産されていることもあり、バイオマス原料として特に注目されている。 When a cellulose-based material is used as a biomass material, lignocellulose containing lignin, cellulose from which lignin has been removed, and the like are generally used as the cellulose-based material. Examples of the lignocellulose raw material include wood such as hardwoods and conifers, agricultural residues such as straw and corn residues, and cellulose raw materials from which lignin has been removed to some extent include pulp. Wood, raw straw, rice straw, corn, kenaf, etc. are known as the origin of cellulosic raw materials, but wood-based cellulose derived from wood is widely produced as pulp for papermaking, It is particularly attracting attention as a raw material.
紙やパルプに代表されるセルロース系原料を糖化する方法は、（１）酵素または酵素を生産する微生物を用いて加水分解する酵素糖化法、（２）鉱酸を用いて加水分解する酸糖化法に大別される。セルロースやヘミセルロースなどの多糖類を酵素糖化法により分解する方法としては、セルラーゼを用いた加水分解によってグルコース等の糖類を得る方法が広く知られている。 The methods for saccharifying cellulosic raw materials represented by paper and pulp include (1) an enzymatic saccharification method using an enzyme or a microorganism that produces the enzyme, and (2) an acid saccharification method using a mineral acid for hydrolysis. It is divided roughly into. As a method for degrading polysaccharides such as cellulose and hemicellulose by enzymatic saccharification, a method for obtaining saccharides such as glucose by hydrolysis using cellulase is widely known.
特許文献１には、古紙、段ボール等のセルロース系材料を糖化する前の前処理工程としてセルロース系材料の微粉砕化工程を採用し、その後、糖化する工程と発酵する工程を行うことによりバイオマスエタノール生成物を製造する方法が開示されている。引用文献１に記載の方法においては、セルロース系材料の前処理工程である微粉化に際し、原料の流動性を維持する観点から、「毛羽立ち度の高い微粉化による吸水性の増大を極力さけ、重量当たりの吸水量が高くならない微粉体にすることが糖化反応を効率良く進める上で極めて重要なこととなる」（段落［００１６］）とされ、セルロース系材料のフィブリル化は極力避けるべきものと記載されている。 In Patent Document 1, biomass ethanol is obtained by adopting a pulverization step of a cellulose-based material as a pretreatment step before saccharifying a cellulose-based material such as waste paper and cardboard, and then performing a saccharification step and a fermentation step. A method for producing the product is disclosed. In the method described in the cited document 1, in the pulverization which is the pretreatment step of the cellulosic material, from the viewpoint of maintaining the fluidity of the raw material, “the increase in water absorption due to the pulverization with high fuzziness is avoided as much as possible. It is extremely important to make the powder fine so that the amount of water absorption per unit does not become high in order to advance the saccharification reaction efficiently "(paragraph [0016]), and it is stated that fibrillation of cellulosic materials should be avoided as much as possible. Has been.
また、特許文献２には、セルロースまたはセルロース含有物質にセルラーゼを反応させることによるセロオリゴ糖の製造方法が開示されている。特許文献２には、セルロースのフィブリル化により、表面積を増加させ糖化反応を行いやすくすることが記載されているものの、フィブリル化の方法や程度について具体的開示は見当たらない。また、引用文献２で特に検討されている技術は、セルロース原料として溶解パルプ（ＳＰ）を利用して、セロオリゴ糖を製造する方法である。
上記したように、パルプや古紙、ペーパースラッジ等のセルロース含有物を糖化する効率を向上させる方法が種々提案されているが、いずれも十分なものではなく、また、処理対象のセルロール含有物に含まれる成分や由来に適した処理方法が十分に検討されているわけでもない。 As described above, various methods for improving the efficiency of saccharifying cellulose-containing materials such as pulp, waste paper, and paper sludge have been proposed, but none of them are sufficient, and are included in the cellulose-containing materials to be treated. The processing method suitable for the component and origin to be produced is not fully studied.
このような状況に鑑み、本発明は、セルロース含有物を短時間で効率よく糖化する方法の提供を目的とする。特に本発明は、セルロース含有物として広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）や針葉樹クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、古紙、紙パルプ工場の排水処理工程などから回収されるパルプ繊維分を含むスラッジを原料として用いる場合に糖化を短時間で効率よく行う方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for efficiently saccharifying a cellulose-containing material in a short time. In particular, the present invention is saccharified when sludge containing pulp fibers recovered from hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), waste paper, wastewater treatment process of a paper pulp factory, etc. as a cellulose-containing material is used as a raw material. An object of the present invention is to provide a method for efficiently performing the process in a short time.
本発明者らは、上記課題を解決するため研究を重ねた結果、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含むセルラーゼを添加し、酵素によりグルコースへ糖化することで、糖化効率が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。特に、セルロース含有物としてクラフトパルプを使用する場合、叩解処理により濾水度を３００ｍｌ以下（カナダ標準型濾水度）に低減させて糖化処理を行うことにより、高効率で糖を得ることを見出された。 As a result of repeated researches to solve the above problems, the inventors have added cellulase including endoglucanase, exoglucanase, and β-glucosidase, and saccharification into glucose by the enzyme improves saccharification efficiency. As a result, the present invention has been completed. In particular, when kraft pulp is used as the cellulose-containing material, it can be seen that sugar can be obtained with high efficiency by reducing the freeness to 300 ml or less (Canadian standard freeness) by beating treatment. It was issued.
すなわち、本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を提供する。
（１） セルロース含有物を叩解処理により濾水度を低減させ、セルラーゼを添加してセルロース含有物を糖化することを特徴とする、セルロース含有物から糖を製造する方法。
That is, the present invention is not limited to this, but provides the following inventions.
(1) A method for producing sugar from a cellulose-containing material, wherein the freeness is reduced by beating the cellulose-containing material and cellulase is added to saccharify the cellulose-containing material.
（２） 前記セルロース含有物が、広葉樹クラフトパルプ、針葉樹クラフトパルプ、機械パルプ、古紙、または紙パルプ工場から回収されるパルプ繊維分を含むペーパースラッジ、またはこれらの混合物である、（１）に記載の糖の製造方法。 (2) The cellulose-containing material is paper sludge containing pulp fibers recovered from hardwood kraft pulp, softwood kraft pulp, mechanical pulp, waste paper, or paper pulp mill, or a mixture thereof. Of sugar production.
（３） 前記セルロース含有物が広葉樹クラフトパルプのときにおいて、濾水度が３５０ｍｌ（カナダ標準型濾水度）以下となるように叩解処理を行う、（１）または（２）に記載の糖の製造方法。 (3) When the cellulose-containing material is hardwood kraft pulp, the beating treatment is performed so that the freeness is 350 ml (Canadian standard freeness) or less. The sugar content according to (1) or (2) Production method.
（４） 前記セルラーゼが、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含んでなるセルラーゼ混合物である、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の糖の製造方法。 (4) The method for producing a saccharide according to any one of (1) to (3), wherein the cellulase is a cellulase mixture comprising endoglucanase, exoglucanase, and β-glucosidase.
本発明により、セルロース含有物を短時間で効率的に糖化する方法を提供することができる。特に本発明によれば、製紙工場やパルプ工場で生産されるクラフトパルプ、製紙工場等の排水処理工程などから回収されるパルプ繊維分を含むスラッジ、古紙を原料として用いる場合、短時間で効率的に糖化することが可能である。 According to the present invention, a method for efficiently saccharifying a cellulose-containing material in a short time can be provided. In particular, according to the present invention, when using kraft pulp produced in a paper mill or pulp mill, sludge containing pulp fibers recovered from a wastewater treatment process of a paper mill or the like, and waste paper as a raw material, it is efficient in a short time. It is possible to saccharify.
以下、本発明の好適な実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
本発明の糖の製造方法は、セルロース含有物を叩解処理により濾水度を低減させ、セルラーゼを添加してセルロース含有物を糖化することを特徴とする。したがって、本発明は、叩解工程とセルラーゼによる糖化工程とを少なくとも含んで構成される。本発明においては、叩解工程と糖化工程とを順次行ってもよく、同時に行ってもよい。また、本発明は、バッチ式、連続式、あるいはセミバッチ式で実施することができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
The sugar production method of the present invention is characterized by reducing the freeness of the cellulose-containing material by beating treatment and adding cellulase to saccharify the cellulose-containing material. Therefore, the present invention includes at least a beating step and a saccharification step with cellulase. In the present invention, the beating step and the saccharification step may be performed sequentially or simultaneously. Moreover, this invention can be implemented by a batch type, a continuous type, or a semibatch type.
また、本発明においては、本発明の特徴を損なわない限りにおいて、叩解工程と糖化工程の他に、追加の工程を加えることも可能である。追加の工程としては、分離工程、精製工程、濃縮工程、乾燥工程などを挙げることができ、具体的な用途や装置構成に応じて適切な工程を追加することができる。例えば、本発明によって得られた糖は、そのまま製品として適当な用途に使用することができる一方、さらに糖をアルコール発酵工程に供し、バイオエタノールなどを製造することも可能である。 Moreover, in this invention, unless the characteristic of this invention is impaired, it is also possible to add an additional process other than a beating process and a saccharification process. Examples of the additional process include a separation process, a purification process, a concentration process, a drying process, and the like, and an appropriate process can be added according to a specific application or apparatus configuration. For example, the sugar obtained according to the present invention can be used as it is for a suitable use as a product, while the sugar can be further subjected to an alcohol fermentation process to produce bioethanol and the like.
さらに、本発明による方法を最適な条件で行うために、本発明は、叩解工程と糖化工程、その他の工程とのバランスを調整する制御工程を含むことができる。制御方法は、特に制限されないが、いわゆるフィードバック制御や、所定の濃度や数量を設定して流量を制御することなどが可能である。 Furthermore, in order to perform the method according to the present invention under optimum conditions, the present invention can include a control step of adjusting the balance between the beating step and the saccharification step and other steps. The control method is not particularly limited, but so-called feedback control, control of the flow rate by setting a predetermined concentration and quantity, and the like are possible.
［セルロース含有物］
本発明においては、セルロース含有物として、木材由来のパルプないしパルプ含有物を使用する。具体的には、広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）や針葉樹クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）などのクラフトパルプ（ＫＰ）、機械パルプ（ＭＰ）、新聞紙、雑誌、オフィス紙、段ボール紙などの古紙、紙パルプ工場の排水処理工程などから回収されるパルプ繊維分を含むスラッジなどをセルロース含有物として利用できる。なお、本発明において、古紙とは、古紙パルプ（ＤＩＰ）、古紙、古紙を含む廃棄物を含む概念である。
[Cellulose-containing material]
In the present invention, wood-derived pulp or pulp-containing material is used as the cellulose-containing material. Specifically, kraft pulp (KP) such as hardwood kraft pulp (LBKP) and softwood kraft pulp (NBKP), mechanical pulp (MP), newspapers, magazines, waste paper such as office paper, corrugated paper, and wastewater from pulp and paper mills Sludge containing pulp fibers recovered from the treatment process or the like can be used as the cellulose-containing material. In the present invention, the waste paper is a concept including waste paper including waste paper pulp (DIP), waste paper, and waste paper.
上記した木材パルプの中でも、本発明は、ＫＰ、特にＬＢＫＰを含んでなるセルロース含有物を処理対象とする場合に好適である。化学的な処理によって製造されるＫＰは、酵素反応を阻害することのあるリグニン成分の多くが除去され、セルロース系成分（セルロースやヘミセルロース）の含量が高く、また、品質も比較的安定しているため、本発明を適用した場合に安定して糖化を行うことが可能である。なお、本発明に使用するパルプは、乾燥パルプであっても、未乾燥パルプ（スラッシュパルプ）であってもよく、また、晒または未晒の別も問わない。 Among the above-described wood pulps, the present invention is suitable when a cellulose-containing material containing KP, particularly LBKP, is a treatment target. KP produced by chemical treatment removes most of the lignin components that can inhibit the enzyme reaction, has a high content of cellulosic components (cellulose and hemicellulose), and is relatively stable in quality. Therefore, saccharification can be performed stably when the present invention is applied. In addition, the pulp used for this invention may be a dry pulp, an undried pulp (slush pulp), and it does not ask | require whether it is bleached or unbleached.
一般に、セルロース含有物としては種々の材料が知られているが、木材パルプ、特に木材由来のクラフトパルプは主要な製紙用パルプとして紙パルプ工場で大量に生産されている。したがって、クラフトパルプを原料として使用することによって、紙パルプ工場の既存のパルプ製造設備を利用して本発明を実施することができ、設備的にも有利である。したがって、設備的な観点から、本発明のセルロース含有物としては、紙パルプ工場で製造されるＫＰ（特にＬＢＫＰ）、紙パルプ工場の排水処理工程などから回収されるパルプ繊維分を含むスラッジが好適である。 In general, various materials are known as cellulose-containing materials, but wood pulp, particularly wood-derived kraft pulp, is produced in large quantities in paper pulp mills as the main papermaking pulp. Therefore, by using kraft pulp as a raw material, the present invention can be carried out using existing pulp manufacturing equipment in a paper pulp factory, which is advantageous in terms of equipment. Therefore, from the viewpoint of equipment, as the cellulose-containing material of the present invention, KP (particularly LBKP) produced in a paper pulp factory, sludge containing pulp fibers recovered from a wastewater treatment process of a paper pulp factory, etc. is preferable. It is.
［叩解処理］
叩解とは、パルプ繊維に機械的剪断力を与え毛羽立てることであり、パルプ繊維の場合、叩解の程度は、一般に濾水度（カナダ標準型濾水度：ＣＳＦ）により評価される。本発明においては、セルロース含有物を叩解処理し濾水度を低下させることが必要である。叩解処理によって糖化効率が向上するメカニズムの詳細は不明であるが、叩解処理によりパルプ繊維の表面積を増大させることで、セルラーゼがセルロースへ吸着しやすくなるものと考えられる。
[Beat processing]
Beating is a process in which a mechanical shearing force is applied to pulp fibers and fluffing. In the case of pulp fibers, the degree of beating is generally evaluated by the freeness (Canadian standard freeness: CSF). In the present invention, it is necessary to beat the cellulose-containing material to lower the freeness. Although the details of the mechanism by which the saccharification efficiency is improved by the beating treatment are unknown, it is considered that the cellulase is easily adsorbed to cellulose by increasing the surface area of the pulp fiber by the beating treatment.
叩解方法は、一般的に叩解機と呼ばれる機械による処理が利用でき、特にパルプをセルロース原料として用いる本発明においては叩解機による処理が好適である。一般に、紙パルプ工場においてはすでに叩解機が存在しているため、工場の既存の設備を利用して本発明を実施することができるためである。機械的処理としては、リファイナーやビーター、ＰＦＩミル、ニーダー、ディスパーザーなど回転軸を中心として金属または刃物とパルプ
繊維を作用させるもの、パルプ繊維同士の摩擦によるものなどが知られている。その他ににも、湿式条件下でセルロース繊維を叩解するために、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、ナノマイザー、各種ミル、石臼型磨砕機等の装置を使用することができる。
As the beating method, processing by a machine generally called a beating machine can be used. In particular, in the present invention in which pulp is used as a cellulose raw material, processing by a beating machine is suitable. In general, a pulp and paper mill already has a beating machine, so that the present invention can be implemented using existing facilities in the factory. Known mechanical treatments include refiners, beaters, PFI mills, kneaders, dispersers, and the like that cause metal or blade and pulp fibers to act around the rotation axis, and those caused by friction between pulp fibers. In addition, devices such as a high-pressure homogenizer, an ultra-high pressure homogenizer, a nanomizer, various mills, and a stone mill grinder can be used to beat cellulose fibers under wet conditions.
本発明においては、セルロース含有物として広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）を使用する場合、濾水度が３５０ｍｌ以下、さらには３００ｍｌ以下となるように叩解処理を行うことが特に好ましいことが、本発明者の研究により明らかとなった。また、セルロース含有物としてペーパースラッジを使用する場合、濾水度が３００ｍｌ以下、さらには２００ｍｌ以下となるように叩解処理を行うことが好ましい。 In the present invention, when hardwood kraft pulp (LBKP) is used as the cellulose-containing material, it is particularly preferable that the beating treatment is performed so that the freeness is 350 ml or less, further 300 ml or less. The study revealed it. Moreover, when using paper sludge as a cellulose containing material, it is preferable to perform the beating process so that the freeness is not more than 300 ml, and more preferably not more than 200 ml.
本発明においては、所定の濾水度までセルロース含有物を叩解することができれば、パルプ濃度、叩解時間などの具体的な条件は適宜決定することができる。例えば、叩解処理する際のパルプ濃度は、一般に、０．５〜３５重量％、より好ましくは、２．０〜１５重量％とすることができる。パルプ濃度が０．５重量％未満である場合、処理量が著しく増加し、叩解の効率が低下するため好ましくなく、一方、パルプ濃度が３５重量％を超える場合はパルプ濃度が高過ぎて流動性が低下し、叩解処理が行いにくくなるために好ましくない。 In the present invention, if the cellulose-containing material can be beaten to a predetermined freeness, specific conditions such as pulp concentration and beating time can be appropriately determined. For example, the pulp concentration during the beating treatment can be generally 0.5 to 35% by weight, more preferably 2.0 to 15% by weight. When the pulp concentration is less than 0.5% by weight, the treatment amount is remarkably increased, and the efficiency of beating is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the pulp concentration exceeds 35% by weight, the pulp concentration is too high and the fluidity is decreased. Is reduced, and it is difficult to perform the beating process.
［糖化処理］
本発明の糖の製造方法は、セルラーゼを添加してセルロース含有物を糖化することを含んで構成される。本発明においては、セルロース含有物に含まれるセルロースにセルラーゼが作用することによってセルロースが糖化され、短繊維、オリゴ糖や多糖、キシロース、グルコース等の低分子の糖、またはその他、可溶性の糖が生成される。すなわち、糖化工程で得られる糖含有液には、セロオリゴ糖やキシロオリゴ糖、キシロース等の低分子の溶解性の糖が含まれているため、本発明においては、これらの生成物を分離、精製等する工程をさらに含んでいてもよい。１つの観点において、本発明は、セルロース含有物から糖を製造する方法であるが、別の観点からは、セルロース含有物から、短繊維、オリゴ糖、多糖、キシロース、グルコース、セロオリゴ糖やキシロオリゴ糖を製造する方法と捉えることもできる。したがって、例えば、本発明によって得られるグルコースに着目すれば、本発明はグルコースの製造方法である。
[Saccharification treatment]
The sugar production method of the present invention comprises adding cellulase to saccharify the cellulose-containing material. In the present invention, cellulose is saccharified by the action of cellulase on cellulose contained in the cellulose-containing material, and short fibers, oligosaccharides and polysaccharides, xylose, glucose and other low-molecular sugars, or other soluble sugars are produced. Is done. That is, since the sugar-containing liquid obtained in the saccharification step contains low-molecular soluble sugars such as cellooligosaccharide, xylooligosaccharide, and xylose, in the present invention, these products are separated, purified, etc. The process of carrying out may be further included. In one aspect, the present invention is a method for producing a sugar from a cellulose-containing material, but from another viewpoint, from a cellulose-containing material, a short fiber, an oligosaccharide, a polysaccharide, xylose, glucose, a cellooligosaccharide, and a xylooligosaccharide. Can also be regarded as a method of manufacturing. Therefore, for example, when attention is paid to glucose obtained by the present invention, the present invention is a method for producing glucose.
［酵素］
本発明に用いるセルラーゼは、セルロースを分解できる酵素であれば一般に使用されるものを利用でき、例えば、分子内部からセルロースを分解するエンドグルカナーゼ、分子末端からセルロースを分解するエクソグルカナーゼ、グリコシド結合を加水分解しセロビオースをグルコースに分解するようなβ−グルコシダーゼまたはこれらの混合物を使用することができる。本発明においては、特に、少なくともエンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含むセルラーゼ混合物を使用すると効率的な糖化が達成されるため、好ましい。上記セルラーゼ混合物のセルロース分解能が高い理由は明らかでなく、本発明がこれに拘束されるものではないが、基質との相性がよいこと、複数のセルラーゼが協働的に機能すること、あるいは複数のセルラーゼが複合体を形成していることなどが推測される。さらに本発明においては、上記のセルラーゼ混合物に加えて、β−グルコシターゼを含んでなるセルラーゼを併用することもできる。
[enzyme]
As the cellulase used in the present invention, those commonly used as long as they can decompose cellulose can be used. For example, endoglucanase that decomposes cellulose from the inside of the molecule, exoglucanase that decomposes cellulose from the end of the molecule, and hydrolyzes glycoside bonds. Β-glucosidase or a mixture thereof that degrades and degrades cellobiose into glucose can be used. In the present invention, it is particularly preferable to use a cellulase mixture containing at least endoglucanase, exoglucanase, and β-glucosidase because efficient saccharification is achieved. The reason why the cellulase mixture has a high cellulose resolution is not clear, and the present invention is not limited thereto. However, the cellulase mixture has good compatibility with the substrate, a plurality of cellulases function together, or a plurality of cellulase mixtures. It is presumed that cellulase forms a complex. Furthermore, in this invention, in addition to said cellulase mixture, the cellulase which comprises (beta) -glucosidase can also be used together.
本発明に用いるセルラーゼの起源は特に限定されることはなく、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属、Ｉｒｐｅｘ属、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ属、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ属、Ｈｕｍｉｃｏｌａ属などの各種の起源のものおよび／または遺伝子組み換えにより製造したものを単独若しくは二種以上を混合して用いることができ、また、糸状菌、担子菌、細菌類等のセルラーゼを用いることができる。また、セルラーゼの形態も、一般に市
販されているセルラーゼ製剤や上記菌の培養物やその濾過液を直接使用することも出来る。中でも、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ（トリコデルマ）属、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ（アスペルギルス）属由来のセルラーゼなどのようなセルロース分解力が高いセルラーゼが好ましい。
The origin of the cellulase used in the present invention is not particularly limited. Various origins such as Trichoderma, Aspergillus, Irpex, Aeromonas, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, Penicillium, and Humicola Those produced by genetic recombination can be used alone or in admixture of two or more, and cellulases such as filamentous fungi, basidiomycetes, and bacteria can be used. Cellulase can also be used directly from commercially available cellulase preparations, cultures of the above-mentioned bacteria, and filtrates thereof. Among these, cellulases having high cellulose decomposing ability such as cellulases derived from the genus Trichoderma and Aspergillus are preferable.
［糖化条件］
本発明の糖化工程を行うのに適したｐＨは、ｐＨ４〜８であり、使用する酵素の至適ｐＨに合わせることで酵素が活性化し、好ましい。
[Saccharification conditions]
The pH suitable for carrying out the saccharification step of the present invention is pH 4-8, and the enzyme is preferably activated by adjusting to the optimum pH of the enzyme used.
また、本発明の糖化工程は、酵素の活性の観点から、好ましくは２０℃〜７０℃、より好ましくは３５℃〜５５℃、さらに好ましくは約５０℃で行うとよい。本発明の糖化工程は、攪拌しながら行うことが好ましく、反応させる時間はセルロースの大部分が溶解するように設定するのが好ましく、例えば１〜７０時間程度が好ましいが、目的に応じて種々調節できることは言うまでもない。 In addition, the saccharification step of the present invention is preferably performed at 20 ° C. to 70 ° C., more preferably 35 ° C. to 55 ° C., and still more preferably about 50 ° C. from the viewpoint of enzyme activity. The saccharification step of the present invention is preferably carried out with stirring, and the reaction time is preferably set so that most of the cellulose is dissolved. For example, about 1 to 70 hours is preferable, but various adjustments may be made depending on the purpose. Needless to say, you can.
以下、具体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにするが、本発明はこれに限定されるものではない。
［実験例１］
セルロース含有物として、濾水度が585mlの広葉樹クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）を使用
した。酵素としては、エンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含む市販のセルラーゼ混合物（商品名：Celluclast、Novozyme社製）、ならびに、β−グルコシターゼを含んでなる市販のセルラーゼ（商品名：Novozyme 188、Novozyme社製）を使用した。ＬＢＫＰに対して５重量％添加した。
Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by showing specific examples, but the present invention is not limited thereto.
[Experiment 1]
As a cellulose-containing material, hardwood kraft pulp (LBKP) having a freeness of 585 ml was used. Examples of the enzyme include a commercially available cellulase mixture containing endoglucanase, exoglucanase, and β-glucosidase (trade name: Celluclast, manufactured by Novozyme), and a commercially available cellulase comprising β-glucosidase (trade name: Novozyme 188, Novozyme) was used. 5% by weight was added to LBKP.
まず、糖化槽として１Ｌビーカーを用い、ＬＢＫＰ １５ｇ、水 ４８３．５ｇ、酵素を投入した。酵素は、CelluclastおよびNovozyme 188をそれぞれＬＢＫＰに対して５重量％添加した。ついで、硫酸でｐＨを５．５に調整し、これらを攪拌しながら酵素による加水分解を、５０℃で６時間行った。 First, a 1 L beaker was used as a saccharification tank, and 15 g of LBKP, 483.5 g of water, and an enzyme were added. As the enzyme, Celluclast and Novozyme 188 were added in an amount of 5% by weight with respect to LBKP, respectively. Subsequently, the pH was adjusted to 5.5 with sulfuric acid, and enzymatic hydrolysis was performed at 50 ° C. for 6 hours while stirring them.
反応後、得られた糖化液のグルコース含有量（糖化液中に含まれる全有機分中のグルコースの重量％）をバイオセンサー（BF-3000；王子計測機器社製）を用いて測定した。そ
の結果を下記表１に示す。
After the reaction, the glucose content of the obtained saccharified solution (weight% of glucose in the total organic content contained in the saccharified solution) was measured using a biosensor (BF-3000; manufactured by Oji Scientific Instruments). The results are shown in Table 1 below.
［実験例２〜７］
実験例１に記載のＬＢＫＰをＰＦＩミル（熊谷理機（株）製）にて濾水度が505 ml、465 ml、415 ml、335 ml、270 ml、215 mlになるまで叩解処理を行い、フィブリル化パルプを得た。このパルプを実験例１と同様の条件で糖化し、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表１に示す。
[Experimental Examples 2 to 7]
LBKP described in Experimental Example 1 was beaten with a PFI mill (manufactured by Kumagai Riki Co., Ltd.) until the freeness reached 505 ml, 465 ml, 415 ml, 335 ml, 270 ml, 215 ml, A fibrillated pulp was obtained. This pulp was saccharified under the same conditions as in Experimental Example 1, and the amount of glucose in the saccharified solution was measured. The results are shown in Table 1 below.
表１から明らかなように、ＬＢＫＰを叩解しなかった場合（実験例１）に比べて、ＬＢＫＰを叩解してから酵素処理を行うと、グルコースが多く得られた（実験例２〜７）。特に、濾水度が３５０ｍｌ以下になるまで叩解処理してから酵素による糖化処理を行った場合（実験例５〜７）、糖化液に含まれるグルコースが多かった。この結果から、叩解処理により糖化効率が向上すること、特に叩解処理によりＬＢＫＰの濾水度を３５０ｍｌ以下まで低減させることにより糖化効率が大きく向上することが明らかになった。 As is clear from Table 1, a larger amount of glucose was obtained when the LBKP was beaten and the enzyme treatment was performed after the LBKP was beaten (Experimental example 1-7). In particular, when the saccharification treatment was performed after the beating treatment until the freeness became 350 ml or less (Experimental Examples 5 to 7), the saccharified solution contained a large amount of glucose. From this result, it has been clarified that saccharification efficiency is improved by beating treatment, and in particular, saccharification efficiency is greatly improved by reducing the freeness of LBKP to 350 ml or less by beating treatment.
［実験例８］
セルロース含有物として、紙パルプ工場の排水処理工程から回収したパルプ繊維分を含むスラッジ（ペーパースラッジ、ＰＳ）を使用した。濾水度を測定した結果は260mlであ
った。
[Experimental Example 8]
As the cellulose-containing material, sludge (paper sludge, PS) containing pulp fibers recovered from the wastewater treatment process of the paper pulp factory was used. The freeness measured was 260 ml.
実験例１と同様の条件で上記ペーパースラッジの糖化を行い、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表２に示す。
［実験例９］
実験例８に記載のペーパースラッジをＰＦＩミル（熊谷理機（株）製）にて濾水度が170mlになるまで叩解処理を行い、フィブリル化スラッジを得た。このスラッジを実験例１
と同様の条件で糖化し、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表２に示す。
The paper sludge was saccharified under the same conditions as in Experimental Example 1, and the amount of glucose in the saccharified solution was measured. The results are shown in Table 2 below.
[Experimental Example 9]
The paper sludge described in Experimental Example 8 was beaten with a PFI mill (manufactured by Kumagai Riki Co., Ltd.) until the freeness became 170 ml to obtain fibrillated sludge. Experiment 1
Saccharification was performed under the same conditions as above, and the amount of glucose in the saccharified solution was measured. The results are shown in Table 2 below.
［実験例１０］
実験例８に記載のペーパースラッジをＰＦＩミル（熊谷理機（株）製）にて濾水度が135mlになるまで叩解処理を行い、フィブリル化スラッジを得た。このスラッジを実験例１
と同様の条件で糖化し、糖化液のグルコース量を測定した。その結果を下記表２に示す。
[Experimental Example 10]
The paper sludge described in Experimental Example 8 was beaten with a PFI mill (manufactured by Kumagai Riki Co., Ltd.) until the freeness became 135 ml to obtain fibrillated sludge. Experiment 1
Saccharification was performed under the same conditions as above, and the amount of glucose in the saccharified solution was measured. The results are shown in Table 2 below.
表２から明らかなように、濾水度が２００ｍｌ以下になるまで叩解処理してから、酵素による糖化処理を行った場合（実験例９および１０）は、叩解しなかった場合（実験例８）と比較して、糖化液に含まれるグルコースが多かった。この結果から、叩解処理によりペーパースラッジの濾水度を２００ｍｌ以下まで低減させることにより、糖化効率が向上することが明らかになった。 As is clear from Table 2, when beating treatment was performed until the freeness became 200 ml or less and then saccharification treatment with an enzyme (Experimental Examples 9 and 10) was performed, when beating was not performed (Experimental Example 8). Compared with, there was more glucose contained in the saccharified solution. From this result, it became clear that saccharification efficiency is improved by reducing the freeness of paper sludge to 200 ml or less by beating treatment.
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