JPWO2009034707A1 - Cellulose biomass raw material pretreatment method - Google Patents

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Abstract

大型の装置を用いず、小さなエネルギーで、セルロース系バイオマス原料からのリグニンの解離、ヘミセルロースの低分子化、セルロースの結晶化度の低減ができるセルロース系バイオマス原料の前処理方法を提供する。所定の間隔を存して相対向して配置された１対の砥石２，３の間に、該セルロース系バイオマス原料と水とを連続して供給し、砥石２を固定し、砥石３を回転させて、該セルロース系バイオマス原料を摩砕する。摩砕される該セルロース系バイオマス原料の温度が５０〜１００℃の範囲となるように該水の供給量を制御する。前記水の供給量の制御は、摩砕される前記セルロース系バイオマス原料の温度を測定し、該温度によるフィードバック制御により行う。前記セルロース系バイオマス原料は、稲わらである。Provided is a cellulosic biomass raw material pretreatment method capable of dissociating lignin from a cellulosic biomass raw material, reducing the molecular weight of hemicellulose, and reducing the crystallinity of cellulose with a small energy without using a large apparatus. The cellulosic biomass raw material and water are continuously supplied between a pair of grindstones 2 and 3 arranged facing each other at a predetermined interval, the grindstone 2 is fixed, and the grindstone 3 is rotated. The cellulosic biomass raw material is ground. The supply amount of the water is controlled so that the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground is in the range of 50 to 100 ° C. The water supply amount is controlled by measuring the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground and performing feedback control based on the temperature. The cellulosic biomass raw material is rice straw.

Description

本発明は、エタノール製造に用いられるセルロース系バイオマス原料の前処理方法に関する。   The present invention relates to a pretreatment method for cellulosic biomass material used for ethanol production.

従来、セルロース系バイオマス原料から得られたセルロースを酵素糖化によりグルコース等の糖に変換し、得られた糖を発酵させることによりエタノールを製造する技術が知られている。   Conventionally, a technique for producing ethanol by converting cellulose obtained from a cellulosic biomass raw material into a sugar such as glucose by enzymatic saccharification and fermenting the obtained sugar is known.

ところが、前記セルロースは、繊維状のものが集合して結晶化し、さらに結晶化したものが集合してミクロフィブリルを形成しているため、酵素の作用を受けにくい構造を備えている。また、前記セルロースは、リグニン及びヘミセルロースと強固に結合し、細胞壁を形成しているため、そのままでは該セルロースに対する酵素糖化反応が阻害される。   However, the cellulose has a structure in which fibrous substances are aggregated and crystallized, and further, crystallized substances aggregate to form microfibrils, and thus are not easily affected by an enzyme. In addition, since the cellulose is strongly bound to lignin and hemicellulose and forms a cell wall, the enzymatic saccharification reaction on the cellulose is inhibited as it is.

そこで、酵素糖化のために前記セルロースに前処理を施し、前記リグニンを解離し、前記ヘミセルロースを低分子化すると共に、セルロースの結晶化度を低減することが必要とされる。前記前処理として、セルロース系バイオマス原料と水蒸気と水の混合物を急速な圧力の低下に曝す水蒸気爆砕が知られている。前記水蒸気爆砕では、前記セルロース系バイオマス原料を予め少量の苛性アルカリと混合してもよいとされている（例えば特許文献１参照）。   Therefore, it is necessary to pretreat the cellulose for enzymatic saccharification, dissociate the lignin, lower the molecular weight of the hemicellulose, and reduce the crystallinity of the cellulose. As the pretreatment, steam explosion is known in which a mixture of cellulosic biomass, steam and water is exposed to a rapid pressure drop. In the steam explosion, the cellulosic biomass raw material may be mixed with a small amount of caustic alkali in advance (see, for example, Patent Document 1).

また、前記前処理として、セルロース系バイオマス原料を加圧熱水で処理する水熱処理が知られている（例えば特許文献２参照）。   As the pretreatment, hydrothermal treatment in which a cellulosic biomass material is treated with pressurized hot water is known (for example, see Patent Document 2).

しかしながら、前記従来の前処理は、いずれも高温高圧の水蒸気を用いるので、該水蒸気を得るために大きな熱エネルギーを必要とするという不都合がある。前記熱エネルギーは、熱交換器及び蓄熱装置を設ければ回収することができ、省エネルギーが可能となるが、装置システムの大型化が避けられない。
特表２００１−５１９４８６号公報 特開２００６−１３６２６３号公報 特許第３５５８６８７号公報 However, since all of the conventional pretreatments use high-temperature and high-pressure steam, there is a disadvantage that a large amount of heat energy is required to obtain the steam. The heat energy can be recovered by providing a heat exchanger and a heat storage device, and energy saving is possible, but an increase in the size of the device system is inevitable.
Special table 2001-519486 JP 2006-136263 A Japanese Patent No. 3558687

本発明は、かかる不都合を解消して、大型の装置を用いることなく、小さなエネルギーで、セルロース系バイオマス原料からリグニンを解離し、ヘミセルロースを低分子化すると共に、セルロースの結晶化度を低減することができるセルロース系バイオマス原料の前処理方法を提供することを目的とする。   The present invention eliminates such inconveniences, dissociates lignin from cellulosic biomass raw materials with a small amount of energy without using a large apparatus, lowers the molecular weight of hemicellulose, and reduces the crystallinity of cellulose. It aims at providing the pre-processing method of the cellulosic biomass raw material which can be processed.

かかる目的を達成するために、本発明のセルロース系バイオマス原料の前処理方法は、エタノールを製造するために、セルロース系バイオマス原料から得られたセルロースを酵素により糖化するときに、該セルロース系バイオマス原料を前処理する方法において、所定の間隔を存して相対向して配置された１対の砥石の間に、該セルロース系バイオマス原料と水とを連続して供給し、該砥石の一方を固定し、他方を回転させて、該セルロース系バイオマス原料を摩砕すると共に、摩砕される該セルロース系バイオマス原料の温度が５０〜１００℃の範囲となるように該水の供給量を制御することを特徴とする。   In order to achieve such an object, the cellulosic biomass raw material pretreatment method of the present invention is a method for producing cellulose by saccharifying cellulose obtained from the cellulosic biomass raw material with an enzyme. The cellulosic biomass raw material and water are continuously supplied between a pair of grindstones arranged opposite to each other with a predetermined interval, and one of the grindstones is fixed. And rotating the other to grind the cellulosic biomass raw material and control the amount of water supplied so that the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground is in the range of 50 to 100 ° C. It is characterized by.

本発明の方法では、まず、セルロース系バイオマス原料を、所定量の水と共に、所定の間隔を存して相対向して配置された１対の砥石の間に連続的に供給する。そして、前記砥石の一方を固定した状態とし、他方を回転させる。   In the method of the present invention, first, a cellulosic biomass raw material is continuously supplied together with a predetermined amount of water between a pair of grindstones arranged to face each other at a predetermined interval. Then, one of the grindstones is fixed and the other is rotated.

このようにすると、前記セルロース系バイオマス原料と水とが、前記１対の砥石間を通過する際に、前記砥石により摩砕されると同時に、該摩砕により発生するジュール熱により加熱される。前記加熱によれば、前記セルロース系バイオマス原料が焦げ付くことが懸念されるが、該セルロース系バイオマス原料は、前記所定量の水と共に前記１対の砥石間に供給されるので、前記焦げ付きを防止することができる。   In this way, when the cellulosic biomass raw material and water pass between the pair of grindstones, they are ground by the grindstone and simultaneously heated by Joule heat generated by the grinding. According to the heating, there is a concern that the cellulosic biomass raw material will burn, but the cellulosic biomass raw material is supplied between the pair of grindstones together with the predetermined amount of water, thus preventing the burnt. be able to.

このとき、本発明の方法では、前記加熱により、摩砕される該セルロース系バイオマス原料の温度が５０〜１００℃の範囲となるように前記水の供給量を制御する。   At this time, in the method of the present invention, the supply amount of the water is controlled by the heating so that the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground is in the range of 50 to 100 ° C.

摩砕される該セルロース系バイオマス原料の温度が前記範囲になるようにすると、前記加熱により、まず、前記リグニンが軟化される。前記リグニンは、前記摩砕のみによってもある程度解離させることができるが、前記加熱により軟化されたリグニンが前記摩砕を受けることにより、前記解離を容易に行うことができる。   When the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground is within the above range, the lignin is first softened by the heating. The lignin can be dissociated to some extent only by the grinding, but the dissociation can be easily performed by receiving the grinding of the lignin softened by the heating.

また、前記加熱により、前記セルロース系バイオマス原料とともに供給される水と、該セルロース系バイオマス原料に含有されている水とが、沸騰せしめられる。前記水は沸騰により相変化を起こすので、該相変化により前記セルロース系バイオマス原料が膨張せしめられる。前記セルロース系バイオマス原料は、前記のように膨張せしめられた状態で、前記摩砕に供されることにより、容易に粉砕され、前記ヘミセルロースが除去されると共に、得られたセルロースの結晶化度が低減される。   Moreover, the water supplied with the said cellulose biomass raw material and the water contained in this cellulose biomass raw material are boiled by the said heating. Since the water causes a phase change by boiling, the cellulosic biomass raw material is expanded by the phase change. The cellulosic biomass raw material is easily pulverized by being subjected to the grinding in the expanded state as described above, and the hemicellulose is removed, and the crystallinity of the obtained cellulose is reduced. Reduced.

この結果、本発明の方法によれば、大型の装置を用いることなく、小さなエネルギーで、前記セルロース系バイオマス原料からリグニンを解離し、ヘミセルロースを低分子化すると共に、セルロースの結晶化度を低減することができ、後工程の酵素糖化において、優れた糖化効率を得ることができる。   As a result, according to the method of the present invention, lignin is dissociated from the cellulosic biomass raw material with a small energy without using a large device, and the molecular weight of hemicellulose is reduced, and the crystallinity of cellulose is reduced. In the subsequent enzymatic saccharification, excellent saccharification efficiency can be obtained.

前記セルロース系バイオマス原料の温度が５０℃未満であるときには、前記リグニンの解離、前記ヘミセルロースの低分子化、前記セルロースの結晶化度の低減がいずれも不十分になり、また水分の過多により相対的に基質濃度が低下するため、後工程の酵素糖化において、十分な糖化効率を得ることができない。   When the temperature of the cellulosic biomass raw material is less than 50 ° C., the dissociation of the lignin, the molecular weight reduction of the hemicellulose, and the reduction of the crystallinity of the cellulose are all insufficient, and the relative amount of moisture is relatively high. In addition, since the substrate concentration decreases, sufficient saccharification efficiency cannot be obtained in the subsequent enzymatic saccharification.

一方、大気圧下における水の沸点は１００℃であるため、前記セルロース系バイオマス原料の温度を１００℃を超えるものとすることは難しい。   On the other hand, since the boiling point of water under atmospheric pressure is 100 ° C., it is difficult to make the temperature of the cellulosic biomass raw material exceed 100 ° C.

また、前記セルロース系バイオマス原料の温度を５０〜１００℃の範囲に維持することで、その熱量を後工程の酵素糖化に利用することができ、該酵素糖化工程で再度加熱する必要がない。   Moreover, by maintaining the temperature of the cellulosic biomass raw material in the range of 50 to 100 ° C., the amount of heat can be used for the enzymatic saccharification in the subsequent step, and it is not necessary to heat again in the enzymatic saccharification step.

本発明の方法では、前記水の供給量の制御は、例えば、摩砕される前記セルロース系バイオマス原料の温度を測定し、該温度によるフィードバック制御により行うことができる。但し、前記水の供給量の制御は、前記セルロース系バイオマス原料の温度によるフィードフォワード制御により行ってもよい。   In the method of the present invention, the water supply amount can be controlled, for example, by measuring the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground and performing feedback control based on the temperature. However, the water supply amount may be controlled by feedforward control based on the temperature of the cellulosic biomass raw material.

本発明の方法において、前記セルロース系バイオマス原料としては、例えば稲わらを用いることができる。前記セルロース系バイオマス原料として、前記稲わらを用いる場合、該稲わらには微生物が存在しており、該微生物は糖分を基質として消化するので、後工程の酵素糖化において得られた糖分が減少し、エタノールの収量が低減することが懸念される。しかし、本発明の方法では、前記加熱により前記微生物を死滅させることができるので、前記セルロース系バイオマス原料として、前記稲わらを用いる場合にも前記糖分の減少を防止することができる。   In the method of the present invention, for example, rice straw can be used as the cellulose-based biomass raw material. When the rice straw is used as the cellulosic biomass raw material, microorganisms are present in the rice straw, and the microorganisms digest with sugar as a substrate, so that the sugar content obtained in the subsequent enzymatic saccharification is reduced. There is concern that the yield of ethanol will be reduced. However, in the method of the present invention, since the microorganisms can be killed by the heating, the sugar content can be prevented from being reduced even when the rice straw is used as the cellulosic biomass raw material.

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の前処理方法を示す説明的断面図であり、図２は本実施形態の前処理方法により得られたセルロースを後工程の酵素糖化に供したときの糖化効率を示すグラフである。   Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory sectional view showing the pretreatment method of this embodiment, and FIG. 2 is a graph showing the saccharification efficiency when the cellulose obtained by the pretreatment method of this embodiment is subjected to enzymatic saccharification in the subsequent step. It is.

本実施形態の方法は、例えば、稲わら等のセルロース系バイオマス原料から得られたセルロースを酵素により糖化してエタノールを製造するときに、該稲わらの前処理を行うものである。   In the method of this embodiment, for example, when cellulose obtained from a cellulose-based biomass material such as rice straw is saccharified with an enzyme to produce ethanol, the rice straw is pretreated.

本実施形態の方法では、加水率６〜１０重量％の自然乾燥稲わらをカッターミルで粉砕し、直径３ｍｍのスクリーンフィルターを通過させた稲わらチップをセルロース系バイオマス原料とし、まず、該稲わらチップを所定量の水と共に、図１に示す摩砕装置１に連続して供給する。   In the method of this embodiment, naturally dried rice straw having a water content of 6 to 10% by weight is pulverized by a cutter mill, and rice straw chips that have been passed through a screen filter having a diameter of 3 mm are used as the cellulosic biomass raw material. The chips are continuously supplied together with a predetermined amount of water to the grinding apparatus 1 shown in FIG.

図１に示す摩砕装置１は、上下方向に相対向して配置された１対の円盤状砥石２，３を備え、上側の砥石２が固定される一方、下側の砥石３が図示しない回転駆動手段により回転するようになっている。   The grinding apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a pair of disc-shaped grindstones 2 and 3 arranged opposite to each other in the vertical direction, and the upper grindstone 2 is fixed, while the lower grindstone 3 is not shown. It is rotated by a rotation driving means.

上側の砥石２は、内部に上方ほど小径になる円錐壁部４を備え、円錐壁部４は上部で円筒状壁部５に連通している。さらに、円筒状壁部５は、上部で原料ホッパー６に連通しており、原料ホッパー６の側壁には給水口７が接続されている。下側の砥石３は、内部の円錐壁部４に対向する部分に、下方ほど小径になる円錐壁部８を備え、円錐壁部８は最下方で底面９に連接している。   The upper grindstone 2 includes a conical wall portion 4 having a smaller diameter in the upper part, and the conical wall portion 4 communicates with the cylindrical wall portion 5 at the upper part. Furthermore, the cylindrical wall portion 5 communicates with the raw material hopper 6 at the upper portion, and a water supply port 7 is connected to the side wall of the raw material hopper 6. The lower grindstone 3 is provided with a conical wall portion 8 having a smaller diameter toward the lower portion at a portion facing the inner conical wall portion 4, and the conical wall portion 8 is connected to the bottom surface 9 at the lowest position.

そして、摩砕装置１では、砥石２，３の円錐壁部４，８に挟まれる部分に空間部１０が形成されており、砥石２，３は、それぞれ空間部１０の外周側に、摩砕面２ａ，３ａを備えている。摩砕面２ａ，３ａは、所定のクリアランスｔを存して相対向しており、面上に粒度の粗さ番４６＃の砥粒（図示せず）を備えている。   In the grinding device 1, a space portion 10 is formed in a portion sandwiched between the conical wall portions 4 and 8 of the grindstones 2 and 3, and the grindstones 2 and 3 are ground on the outer peripheral side of the space portion 10. Surfaces 2a and 3a are provided. The grinding surfaces 2a and 3a face each other with a predetermined clearance t, and are provided with abrasive grains (not shown) having a grain size roughness number 46 # on the surfaces.

前記構成を備える摩砕装置１としては、例えば、増幸産業株式会社製スーパーグラインデル（商品名）を用いることができる（特許文献３参照）。   As the grinding device 1 having the above-described configuration, for example, Super Grindell (trade name) manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. can be used (see Patent Document 3).

前記摩砕装置１では、砥石３を回転させながら、原料ホッパー６から前記稲わらチップが連続して供給されると共に、図示しない給水ポンプから給水口７を介して所定量の水が連続して供給される。摩砕装置１に供給された前記稲わらチップ及び水は、空間部１０から摩砕面２ａ，３ａ間のクリアランスに流出し、摩砕面２ａ，３ａに備えられた砥粒により摩砕され、摩砕面２ａ，３ａの外周側に排出される。   In the grinding apparatus 1, the rice straw chips are continuously supplied from the raw material hopper 6 while rotating the grindstone 3, and a predetermined amount of water is continuously supplied from a water supply pump (not shown) through a water supply port 7. Supplied. The rice straw chips and water supplied to the grinding device 1 flow out from the space 10 to the clearance between the grinding surfaces 2a and 3a, and are ground by the abrasive grains provided on the grinding surfaces 2a and 3a. It is discharged to the outer peripheral side of the grinding surfaces 2a, 3a.

摩砕面２ａ，３ａ間のクリアランスｔは適正な範囲に設定されており、前記稲わらチップの摩砕に伴って発生するジュール熱により、該稲わらチップと水とが加熱される。このとき、前記加熱により前記稲わらチップが焦げ付いたり、該稲わらチップの表層部に多く含まれる酸化ケイ素（ＳｉＯ２）により摩砕面２ａ，３ａが損傷を受けることが懸念される。しかし、前記稲わらチップは、前述のように所定量の水と共に摩砕装置１に供給されるので、前記焦げ付きや、摩砕面２ａ，３ａの損傷を防止することができる。The clearance t between the grinding surfaces 2a and 3a is set to an appropriate range, and the rice straw chips and water are heated by Joule heat generated as the rice straw chips are ground. At this time, there is a concern that the rice straw chips may be burnt by the heating, or the ground surfaces 2a and 3a may be damaged by silicon oxide (SiO 2 ) contained in a large amount in the surface layer portion of the rice straw chips. However, since the rice straw chips are supplied to the grinding device 1 together with a predetermined amount of water as described above, it is possible to prevent the burning and the grinding surfaces 2a and 3a from being damaged.

本実施形態では、摩砕される前記稲わらチップが、前記ジュール熱による加熱により、５０〜１００℃の範囲の温度となるように、前記給水ポンプによる水の供給量を制御する。前記水の供給量は、例えば、摩砕面２ａ，３ａの外周側に温度センサ（図示せず）を備え、摩砕装置１から排出される摩砕された稲わらチップの温度を検出し、検出された温度に従ってフィードバック制御することができる。   In the present embodiment, the amount of water supplied by the water supply pump is controlled so that the rice straw chips to be ground have a temperature in the range of 50 to 100 ° C. by heating with the Joule heat. The amount of water supplied is, for example, provided with a temperature sensor (not shown) on the outer peripheral side of the grinding surfaces 2a, 3a, and detects the temperature of the ground rice straw chips discharged from the grinding device 1, Feedback control can be performed according to the detected temperature.

また、前記水の供給量は、前記温度センサにより検出される温度を用いてフィードフォワード制御するようにしてもよい。前記フィードフォワード制御によれば、セルロース系バイオマス原料の種類（本実施形態では稲わらチップ）、粒度が固定されており、砥石３の回転数、摩砕面２ａ，３ａ間のクリアランスｔを設定すれば、定常的なセルロース系バイオマス原料の供給量に対して給水量を設定することにより、摩砕された稲わらチップの温度がほぼ決定される。従って、前記セルロース系バイオマス原料の種類、粒度、砥石３の回転数、摩砕面２ａ，３ａ間のクリアランスｔ、定常的なセルロース系バイオマス原料の供給量、給水量のデータをテーブルデータとしてまとめて初期値を設定することにより、前記給水量の変動を低減することができ、給水ポンプの動力を低減することができる。   The water supply amount may be feedforward controlled using a temperature detected by the temperature sensor. According to the feedforward control, the type of cellulosic biomass material (rice straw chips in the present embodiment) and particle size are fixed, and the rotational speed of the grindstone 3 and the clearance t between the grinding surfaces 2a and 3a are set. For example, the temperature of the ground rice straw chips is almost determined by setting the amount of water supply relative to the amount of the cellulosic biomass feedstock that is stationary. Therefore, the data of the type of cellulosic biomass material, the particle size, the rotational speed of the grindstone 3, the clearance t between the grinding surfaces 2a and 3a, the steady supply amount of the cellulosic biomass material, and the water supply amount are collected as table data. By setting the initial value, the fluctuation of the water supply amount can be reduced, and the power of the water supply pump can be reduced.

摩砕される前記稲わらチップの温度が５０〜１００℃の範囲になるようにすると、前記加熱により、まず、該稲わらチップのセルロースに強固に結合しているリグニンが軟化される。前記リグニンは、前記摩砕のみによってもある程度解離させることができるが、前記加熱により軟化されたリグニンが前記摩砕を受けることにより、前記セルロースから容易に解離させることができる。   When the temperature of the rice straw chips to be ground is in the range of 50 to 100 ° C., the lignin that is firmly bonded to the cellulose of the rice straw chips is first softened by the heating. The lignin can be dissociated to some extent only by the grinding, but the lignin softened by heating is easily dissociated from the cellulose by receiving the grinding.

また、前記加熱により、前記給水ポンプから供給される水と、前記稲わらチップに含有されている水とが、沸騰せしめられる。前記稲わらチップは、前記水が沸騰により相変化を起こすことにより膨張せしめられ、膨張状態で前記摩砕に供されることにより、容易に粉砕される。この結果、前記稲わらチップのセルロースの細胞壁を形成しているヘミセルロースが除去されると共に、該稲わらチップのセルロースの結晶化度が低くなる。   Moreover, the water supplied from the feed pump and the water contained in the rice straw chips are boiled by the heating. The rice straw chip is expanded by causing a phase change of the water by boiling, and is easily pulverized by being subjected to the grinding in an expanded state. As a result, hemicellulose forming the cell wall of cellulose of the rice straw chip is removed and the crystallinity of cellulose of the rice straw chip is lowered.

また、前記稲わらチップ中には微生物が存在しているが、前記加熱によれば該微生物を死滅させることができる。この結果、後工程の酵素糖化で糖分が生成したときに、該糖分が前記微生物の基質として消化されることがなく、該糖分の減少を防止することができる。   In addition, microorganisms are present in the rice straw chip, but the microorganisms can be killed by the heating. As a result, when a sugar is generated by enzymatic saccharification in the subsequent step, the sugar is not digested as a substrate of the microorganism, and a decrease in the sugar can be prevented.

前記摩砕される稲わらチップの温度が５０℃未満であるときには、前記リグニンの解離、前記ヘミセルロースの低分子化、前記セルロースの結晶化度の低減がいずれも不十分になり、また水分の過多により相対的に基質濃度が低下するため、後工程の酵素糖化において、十分な糖化効率を得ることができない。   When the temperature of the rice straw chips to be ground is less than 50 ° C., dissociation of the lignin, low molecular weight of the hemicellulose, and reduction of the crystallinity of the cellulose are all insufficient, and excessive moisture As a result, the substrate concentration is relatively lowered, so that sufficient saccharification efficiency cannot be obtained in the subsequent enzymatic saccharification.

一方、大気圧下における水の沸点は１００℃であるため、前記水の供給量により、前記稲わらチップの温度を１００℃を超えるものとすることは難しい。   On the other hand, since the boiling point of water under atmospheric pressure is 100 ° C., it is difficult to make the temperature of the rice straw chips exceed 100 ° C. depending on the amount of water supplied.

また、前記摩砕される稻わらチップの温度を５０〜１００℃の範囲に維持することで、その熱量を後工程の酵素糖化に利用することができ、該酵素糖化工程で再度加熱する必要がない。   Moreover, by maintaining the temperature of the ground straw chip to be ground in the range of 50 to 100 ° C., the amount of heat can be used for enzyme saccharification in the subsequent step, and it is necessary to heat it again in the enzyme saccharification step. Absent.

次に、摩砕装置１において前記給水ポンプによる給水量を変量して、摩砕される稲わらチップの温度を変え、それぞれの温度で得られたセルロースを酵素で糖化したときの糖化率を測定した。摩砕される稲わらチップの温度は、３２℃（比較例１）、４５℃（比較例２）、５５℃（実施例１）、６０℃（実施例２）、８４℃（実施例３）、１００℃（実施例４）とした。   Next, the amount of water supplied by the feed pump is varied in the grinding device 1, the temperature of the rice straw chips to be ground is changed, and the saccharification rate is measured when the cellulose obtained at each temperature is saccharified with an enzyme. did. The temperature of the rice straw chips to be ground is 32 ° C. (Comparative Example 1), 45 ° C. (Comparative Example 2), 55 ° C. (Example 1), 60 ° C. (Example 2), 84 ° C. (Example 3). And 100 ° C. (Example 4).

前記酵素による糖化は、前記稲わらチップを摩砕装置１で摩砕して得られたセルロースの水溶液（基質濃度５重量％）に、酵素として市販のセルラーゼ（ジェネンコア協和株式会社製、商品名：ＧＣ２２０）を酵素濃度０．５重量％となるように加え、ｐＨを４．０とし、５０℃で４８時間振盪攪拌することにより行った。糖化率は、稲わらチップの固形分析により得られたαセルロース量に対する、前記酵素による糖化により得られたグルコース量の割合として求めた。   For the saccharification by the enzyme, a cellulase (manufactured by Genencor Kyowa Co., Ltd., trade name) is used as an enzyme in an aqueous cellulose solution (substrate concentration 5% by weight) obtained by grinding the rice straw chips with the grinding device 1. GC220) was added to an enzyme concentration of 0.5% by weight, the pH was adjusted to 4.0, and the mixture was shaken and stirred at 50 ° C. for 48 hours. The saccharification rate was determined as the ratio of the amount of glucose obtained by saccharification by the enzyme to the amount of α-cellulose obtained by solid analysis of rice straw chips.

一方、参考例として、従来の水熱処理法に従って、前記稲わらチップを１８０℃、１ＭＰａの水蒸気で３０分処理して得られたセルロースを前記各実施例及び各比較例と全く同一にして前記酵素により糖化し、糖化率を測定した。   On the other hand, as a reference example, according to the conventional hydrothermal treatment method, the enzyme obtained by treating the rice straw chips with 180 ° C. and 1 MPa water vapor for 30 minutes was used in the same manner as in each of the Examples and Comparative Examples. And saccharification rate was measured.

前記各実施例及び各比較例の糖化率を、前記参考例の糖化率を１とする糖化効率として、図２に示す。図２から、摩砕される稲わらチップの温度が、５０〜１００℃の範囲である実施例１〜４では、糖化効率が参考例とほぼ同等であることが明らかである。一方、３２〜４５℃の範囲である比較例１〜２では、糖化効率が参考例より低く、従来の水熱処理法に及ばないことが明らかである。   The saccharification rates of the Examples and Comparative Examples are shown in FIG. 2 as saccharification efficiency where the saccharification rate of the reference example is 1. From FIG. 2, it is clear that in Examples 1 to 4 where the temperature of the rice straw chips to be ground is in the range of 50 to 100 ° C., the saccharification efficiency is almost equivalent to that of the reference example. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in the range of 32 to 45 ° C., it is clear that the saccharification efficiency is lower than that of the reference example and does not reach the conventional hydrothermal treatment method.

本発明の前処理方法の一実施形態を示す説明的断面図。Explanatory sectional drawing which shows one Embodiment of the pre-processing method of this invention. 本発明の前処理方法により得られたセルロースを後工程の酵素糖化に供したときの糖化効率を示すグラフ。The graph which shows the saccharification efficiency when the cellulose obtained by the pre-processing method of this invention is used for the enzyme saccharification of a post process.

符号の説明Explanation of symbols

１…摩砕装置、 ２，３…砥石。   1 ... grinding equipment, 2,3 ... grinding stone.

Claims (3)

エタノールを製造するために、セルロース系バイオマス原料から得られたセルロースを酵素により糖化するときに、該セルロース系バイオマス原料を前処理する方法において、
所定の間隔を存して相対向して配置された１対の砥石の間に、該セルロース系バイオマス原料と水とを連続して供給し、該砥石の一方を固定し、他方を回転させて、該セルロース系バイオマス原料を摩砕すると共に、
摩砕される該セルロース系バイオマス原料の温度が５０〜１００℃の範囲となるように該水の供給量を制御することを特徴とするセルロース系バイオマス原料の前処理方法。In order to produce ethanol, when cellulose obtained from cellulosic biomass raw material is saccharified with an enzyme, a method for pretreating the cellulosic biomass raw material,
The cellulosic biomass raw material and water are continuously supplied between a pair of grindstones arranged opposite to each other with a predetermined interval, and one of the grindstones is fixed and the other is rotated. , Grinding the cellulosic biomass raw material,
A pretreatment method for a cellulosic biomass raw material, wherein the amount of water supplied is controlled so that the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground is in the range of 50 to 100 ° C. 前記水の供給量の制御は、摩砕される前記セルロース系バイオマス原料の温度を測定し、該温度によるフィードバック制御により行うことを特徴とする請求項１記載のセルロース系バイオマス原料の前処理方法。   2. The pretreatment method for a cellulosic biomass raw material according to claim 1, wherein the water supply is controlled by measuring the temperature of the cellulosic biomass raw material to be ground and performing feedback control based on the temperature. 前記セルロース系バイオマス原料は、稲わらであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセルロース系バイオマス原料の前処理方法。   The cellulosic biomass material pretreatment method according to claim 1 or 2, wherein the cellulosic biomass material is rice straw.
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