JPH01179696A

JPH01179696A - 木質資源の糖化方法

Info

Publication number: JPH01179696A
Application number: JP72088A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nishida; 西田　友昭; Yoshinori Kashino; 樫野　由憲
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-01-07
Filing date: 1988-01-07
Publication date: 1989-07-17

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は木質資源の糖化方法に関するものである。更に
詳細には、木質資源の糖化において、木材などを、必要
に応じて数メツシュ以下に予め粗粉砕し、これをリグニ
ンを選択的に分解する微生物で処理し、次いでセルラー
ゼ又はセルラーゼ生産菌の培養液もしくはその処理物で
セルロースを分解し、糖化する方法に関するものである
。

本発明によれば、リグニンを生分解することによって、
セルラーゼの作用が高まり、セルラーゼ又はセルラーゼ
生産菌の培養液で効率よく糖化でき、いわゆるリグノセ
ルロース系バイオマス利用の技術分野において重要な役
割を果すものである。

（従来技術）木質資源中に含まれるセルロースをセルラーゼによって
分解するには、それに先立って細胞壁構造を破壊してセ
ルラーゼがセルロースに物理的に接触しうるよう前処理
する必要がある。

このような点から、近年種々の前処理方法が試みられて
おり、蒸煮、爆砕法が注目されている。

この方法は木材チップ等を１８０〜２３０℃の水蒸気で
適当な時間処理したのち、リファイナーで解繊するか、
チップを水蒸気とともに反応釜から急速に放出し爆砕す
るというものである（Ｒ，Ｂｅｎｄｅｒ　：Ｕ、Ｓ、　
Ｐａｔｅｎｔ　４１３６２０７（１９７９）、　Ｅ、Ａ
、Ｄｅｌｏｎｇ　：　　Ｃａｎ。

Ｐａｔｅｎｔ　１０９６３７４（１９８０））。

上記の方法によって木材を前処理したのち、セルラーゼ
によってセルロースを分解し糖化することが提案されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、蒸煮、爆砕法で前処理した木質資源を糖
化するさいには、 ■高温高圧下の処理であることからエネルギーの消費が
多い。

■この処理によっである程度リグニンは低分子化するも
のの、かなりのリグニンが残存することから、セルラー
ゼの吸着がおこり、セルラーゼの回収を困難にし、セル
ラーゼ使用に伴う糖化費用が高くなる。

■この処理が糖化に及ぼす効果は樹種によって大きく変
化し、一般に広葉樹材においては効果あるもののほとん
ど効果のない樹種も存在する。また、針葉樹材に対して
は全くその効果がない。

などの欠点を有するため、工業的用途に利用されるには
至っていないのが現状である。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、木質資源の有効な糖化方法を求めて鋭意
研究したところ、まず木質資源中のリグニンを生分解し
、残存するセルロースをセルラーゼ又はセルラーゼ生産
菌の培養液で処理し、糖化を行なうことによって解決す
ることができた。

本発明は木材など木質資源を、必要に応じて数メツシュ
、好ましくは５メツシユ以下に粉砕し、これにリグニン
を選択的に分解する微生物を接種、培養したのち、セル
ラーゼ又はセルラーゼ生産菌の培養液もしくはその処理
物を添加し、糖化することを特徴とする木質資源の糖化
方法である。

本発明においては、生物反応の特徴として省エネルギー
型であることから、従来技術の有すエネルギー多消費と
いう問題点を解決できるものである。

また、本発明においては、まずリグニンを生分解し除去
することから、セルラーゼのりゲニンへの吸着を抑制で
き、酵素の回収の問題点をも解決できるのである。また
、セルラーゼ生産菌の培養液でセルロースを分解する場
合は、セルラーゼ精製の必要がなく、安価にしかも容易
に糖化しうる利点を有するのである。更に、リグニンを
選択的に分解しうる微生物で処理することにより、樹種
に関係なく効率的に糖化を行える可能性があるのである
。

本発明においては、木材、草本などの木質資源を、必要
に応じて数メツシュ以下、好ましくは５メツシユ以下に
粉砕するが、粉砕化に関しては、上記木材などの木質資
源を粗粉砕し、数メツシュ以下とすればよい。なお、数
メツシュ以上に粉砕したものを使用しても全く問題はな
い。

次いで、リグニンを選択的に分解する微生物を粉砕物に
接種し、培養してリグニンを分解する。

本発明において、リグニンを選択的に分解しうる微生物
を木質資源粉砕物に接種、培養し、予めリグニンを分解
したのち、セルロース分解能の高い菌の培養液を添加し
たところ、極めて効率的にセルロースを分解し、糖化を
行なうことができるものである。

本発明でリグニンを選択的に分解する微生物としては、
ＮＫ−１１４８株が例示される。

ＮＫ−１１４８株は、先に発明した方法（特願昭６１−
２８１６６８号）などにより、効率的かつ選択的にリグ
ニンを分解しうる微生物を探索した結果得られた強力な
リグニン分解菌である。

ＮＫ−１１４８株は次のような菌学的諸性質を有するも
のである。

（１）培地における生育状態注−２培養条件＝２８℃×７日間注−３生育状態微弱：＋中等：＋＋旺盛：＋＋＋（２）生理的、生態的性質 ■生育のＰＨ範囲（バレイショ・ブドウ糖寒天培地、２
８℃、４日間培養）ｐ１１３〜９付近で生育し、ＰＨ２およびｌＯでは生育
しない。最適ｐＨは４〜６付近である。

■生育の温度範囲（バレイショ・ブドウ糖寒天培地、ｐ
Ｈ５，４日間培養）１０〜４５℃付近で生育し、５０８Ｃでは生育しない。

最適温度は２８〜３７℃付近である。

■フェノールオキシダーゼ反応（２８℃、４日間培養）微弱または陰性を示す。

■菌叢の特徴（バレイショ・ブドウ糖寒天培地、ｐ）］
５．２８℃、４日間培養）白色でフェルト状である。

ＮＫ−１１４８株はリグニン分解菌として従来より特に
知られているコリオラス属菌及びファネロケーテ属菌よ
りもすぐれているのみでなくその選択性についても格段
のものが認められ、本菌株を新菌株と認定してＮＫ−１
１４８株と命名し、工業技術院微生物工業技術研究所に
ＦＥＲＭ　Ｐ−９３８４として寄託されている。

リグニンの分解は、木粉含有培地にリグニン分解菌を接
種し、２０〜４０℃で所定期間培養する。

リグニンの分解が終了した木粉は次いで、これにセルラ
ーゼ又はセルラーゼ生産菌の培養液又はその処理物を添
加し、４０〜５５℃で２０〜４０時間程度糖化処理され
る。

セルラーゼとしてはメイセラーゼ、セルロジンなどの市
販のセルラーゼが有効に使用される。

また、セルラーゼ生産菌の培養液もしくはその処理物と
しては、１００μｍ以下に微粉砕した木粉を炭素源とす
る培地に、セルラーゼ生産菌を接種し、培養した培養液
及び培養液の濾過液、濃縮物などがある。

セルラーゼ生産菌としてはトリコデルマ・り一セイ（Ｔ
ｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ　ｒｅｅｓｅｉ）０Ｍ９４１４（
ＡＴＣＣ２６９２１）。

アクレモニウム・セルロリティカス（Ａｃｒｅｍｏｎｉ
ｕｍｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃｕｓ）ＦＥＲＭ　Ｐ−６
８６７などがあげられる。

培地としては、表１及び表２に示す組成があげられるが
、本０発明ではＣ′ｇとしてはアビセル（表１）又はセ
ルロース粉末（表２）の全部又は一部に１００μｍ以下
に微粉砕した木粉が用いられる。

また、Ｎ源としてはペプトン（表１）又はバクトペプト
ン（表２）の全部又は一部にコーンスチープリカーを使
用することもできる。

表　　１アビセル　　　　　　　　　５％硫酸アンモニウム　　　　　１％リン酸ｌカリウム　　　　　　０．３％硫酸マグネシウ
ム　　　　　０．０３％塩化カルシウム　　　　　　０
．０３％尿素　　　　　　　　　　　０．０５％ペプト
ン　　　　　　　　１％ツイーン８０　　　　　　　　　０．０２％硫酸鉄　　
　　　　　　　　Ｉ　Ｘ　１０−３％硫酸マンガン　　
　　　　　Ｉ　Ｘ　１０−’％塩化コバルト　　　　　
　　Ｉ　Ｘ　１０−３％ａ酸亜釦　　　　　　　　　Ｉ
　Ｘ　１０−’％（ｐＨ５，５）表　　２セルロース粉末　　　　　　４％バクトペプトン　　　　　　１％硝酸カリウム　　　　　　　０．６％尿素　　　　　　　　　　　０．２％塩化カリウム　　　　　　　０．１６％硫酸マグネシウ
ム　　　　　０．１２％リン酸１カリウム　　　　　　
１．２％硫酸亜鉛　　　　　　　　　Ｉ　Ｘ　１０−３
％硫酸マンガン　　　　　　　Ｉ　Ｘ　１０−’％硫酸
銅　　　　　　　　　　Ｉ　Ｘ　１０−３％（ＰＨ４，
０）セルラーゼ生産菌を接種した培地は、２０〜４０℃で、
２〜１５日間程度、好気的に培養する。

セルラーゼは菌体外に生産される酵素であるので、培養
液をそのまま利用してもよいし、また培養液を遠心分離
して、菌を分離した培養液のみを利用することもできる
。また培養液から精製して精製セルラーゼとしてもよい
。

セルラーゼ又はセルラーゼ生産菌の培養液を添加し４０
〜５５℃で２０〜４０時間程度糖化処理する。

本発明によれば、従来技術のもつ欠点を一挙にｍ決でき
、しかもその際、デリケートな操作を必要としないこと
から、工業化には特に適しており、本発明の優れた特徴
である。

次に本発明の実施例を示す。

実施例１５０＋ｎＱ容三角フラスコに予め粗粉砕したブナ木粉（
３，５メツシュ通過）１．０ｇ、水２．５＋ｎＱを加え
た培地を１２０℃で１５分間加熱殺菌したのち、ＮＫ−
１１４８株（微工研菌寄第９３８４号）を接種し、２８
℃で表３の所定期間培養した。

次に上記木粉にメイセラーゼ（明治製菓層）０．０３ｇ
、セルロジン（上田化学製）０．０２ｇおよび１０ｍＭ
リン酸緩衝液（ｐＨ５，０）７．５ｍＡを添加し、５０
’Ｃで２４時間糖化処理を行った。

なお、ＮＫ−１１４８株での処理前後の木粉については
クラーソンリクニン（ＪＩＳ　Ｐ４Ｏ１０−１９６１）
を定量し、クラーソンリグニン減少率を測定した。

その結果を表３に示す。

表　３　ブナ材の糖化（１）表３の結果から明らかなように、ブナ材中のリグニンを
生分解するほどに、糖化率の向上することがわかる。

実施例２実施例１に準じてブナ木粉の糖化を行なった。

なお、メイセラーゼおよびセルロジンを用いて糖化する
かわりに、アクレモニウム・セルロリティカス（微工研
菌寄６８６７号）を表２の組成から成る培地（ｐｌ＋４
．０）に接種、培養して得た培養液７．５ｍＱを用いて
糖化を行なった。

その結果を表４に示す。

表　４　ブナ材の糖化（２）表４の結果から明らかなように、セルラーゼ生産菌の培
養液によっても効率的に糖化を行なうことができる。こ
の場合、セルラーゼを精製することなく安価に容易に糖
化できることから本発明の優れた特徴ということができ
る。

（発明の効果）本発明は木粉を予め粗粉砕し、これにリグニンを選択的
に分解する微生物を接種、培養したのち、セルラーゼ又
はセルラーゼ生産菌の培養液又はその処理物を添加し、
セルロースを分解し糖化する方法の開発に成功したもの
である。

本発明によれば木質資源の糖化を工業的に効率よく行な
うことができるので、リグノセルロース系バイオマス利
用の技術分野において重要な役割を果すものである。

代理人　弁理士　戸　１）親　男

Claims

【特許請求の範囲】

（１）木材など木質資源にリグニンを選択的に分解する
微生物を接種、培養したのち、セルラーゼ又はセルラー
ゼ生産菌の培養液もしくはその処理物を添加し、糖化す
ることを特徴とする木質資源の糖化方法。