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糖的制造方法
本发明涉及包括下述工序(1)及工序(2)的糖的制造方法。工序(1):在水以及选自非离子型表面活性剂及聚乙二醇中的1种以上添加剂的存在下、于pH低于7的条件下对纤维素原料进行加热处理,从而得到处理物的工序。工序(2):利用酶对工序(1)中得到的处理物进行糖化处理的工序。
【专利说明】糖的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及糖的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来,出于对环境问题的考虑等,已进行了如下尝试:由含有纤维素的生物材料制造糖,并通过发酵法等将其转化为乙醇、乳酸等。在利用纤维素酶等酶对含有纤维素的生物材料进行处理、并将该纤维素糖化而制造糖的方法中,作为其前处理工序,进行使该纤维素的晶体结构发生非晶化的处理、或对生物质进行脱木质素的方法是有用的。例如,作为前处理工序,已知有使用***化锂/二***乙酰***等纤维素溶剂对纤维素进行非晶化的方法(例如专利文献I)。
[0003]另外,在利用酶对生物质中所含的纤维素进行糖化的方法中,已知有:进行使用了过氧化氢的热水处理作为前处理工序,从而将其中所含的木质素分解、除去的方法(专利文献
2及3)。
[0004]另一方面,作为纤维素的糖化方法,已知有使用特定的纤维素酶将纤维素糖化的方法(专利文献4)、在特定的非离子型表面活性剂的存在下利用纤维素分解酶将木质纤维素材料糖化的方法(专利文献5)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2006-223152号公报
[0008]专利文献2:日本特开2007-74992号公报
[0009]专利文献3:日本特开2007-74993号公报
[0010]专利文献4:日本特开2003-135052号公报
[0011]专利文献5:国际公开公报TO2005/067531号
【发明内容】
[0012]发明所要解决的课题
[0013]但是,专利文献I~5中记载的方法并不能满足糖化效率、生产性方面的要求,需要进一步提闻糖化效率。
[0014]用于解决课题的方法
[0015]本发明人发现,通过在特定的条件下对纤维素原料进行加热处理、然后用酶进行糖化处理,可使上述课题得以解决。
[0016]即,本发明涉及包括下述工序(I)及工序(2)的糖的制造方法。
[0017]工序(I):在水以及选自非离子型表面活性剂及聚乙二醇中的I种以上添加剂的存在下、于pH低于7的条件下对纤维素原料进行加热处理,从而得到处理物的工序;
[0018]工序(2):利用酶对工序(I)中得到的处理物进行糖化处理的工序。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明的糖的制造方法,能够提高基于酶处理的纤维素的糖化效率,能够有效地由纤维素原料制造糖。
【具体实施方式】
[0021][糖的制造方法]
[0022]本发明的糖的制造方法包括上述工序(I)及工序(2)。虽然通过本发明的制造方法使糖化效率显著提高的理由尚不明确,但可推测如下:通过在工序(I)中的加热处理时使特定的添加剂和纤维素原料共存,可促进半纤维素及木质素的脱离、纤维素的低分子量化、以及纤维素比表面积的增加,从而可提高糖化效率。
[0023]〈工序(1)>
[0024]工序(I)是在水以及选自非离子型表面活性剂及聚乙二醇中的I种以上添加剂的存在下、于PH低于7的条件下对纤维素原料进行加热处理,从而得到处理物的工序。
[0025](纤维素原料)
[0026]纤维素原料的种类没有特别限制,可列举:由落叶松、扁柏等针叶树、油棕、麻栎等阔叶树得到的各种木材;由木材制造的木纸浆、由棉的种子周围的纤维得到的棉短绒浆等纸浆类;报纸、瓦楞纸、杂志、优质纸等纸类;蔗渣
(甘蔗的渣滓)、棕榈空果串(EmptyFruitBunch,以下称为“EFB”)、稻秸、玉米茎等植物茎/叶/果串类;稻壳、棕榈壳、椰子壳等植物壳类等。
[0027]上述之中,从提高糖化效率的观点、获取容易性及原料成本的观点出发,优选为木材、植物茎/叶/果串类,更优选为蔗渣、EFB、油棕(树干部),进一步优选为蔗渣。
[0028]本发明中所使用的纤维素原料的综纤维素含量优选为20质量%以上、更优选为40质量%以上、进一步优选为45质量%以上、更进一步优选为50质量%以上。纤维素原料中的综纤维素含量可利用实施例中记载的方法来测定。
[0029](纤维素原料的前处理)
[0030]从提高操作性以及提高糖化效率的观点出发,对于本发明中所使用的纤维素原料,根据其形状、大小的不同,优选在进行工序(I)之前进行裁切处理、粗粉碎处理等前处理。
[0031][裁切处理]
[0032]在本发明中,根据纤维素原料的形状、大小不同,优选在进行工序(I)之前预先进行裁切处理。
[0033]作为对纤维素原料进行裁切处理的方法,可列举例如使用选自粉碎机
(shredder)、纵切剪机(slittercutter)及转割机(rotarycutter)中的I种以上裁切机的方法。
[0034]在使用片状的纤维素原料的情况下,作为裁切机,优选使用粉碎机或纵切剪机,从生产性的观点出发,更优选使用纵切剪机。
[0035]就纵切剪机而言,在沿片材长度方向的纵向上利用辊式切割机(rollcutter)进行纵向切割,切成细长的长条状,接着利用固定刀和旋转刀沿着片材的宽度方向将片材横向切割得较短,从而能够容易地获得骰子块儿形状的纤维素原料。作为纵切剪机,优选使用株式会社HORAI制SheetPelletizer(制片机)、株式会社荻野精机制作所制SupperCutter(自动切割机)等,若使用这些装置,则能够将片状的纤维素原料裁切为约I~20_见方。
[0036]在对间拔木材、修剪枝材、建筑废材等木材类、或片状以外的纤维素原料进行裁切的情况下,优选使用转割机。转割机由旋转刀和网构成,能够容易地获得被旋转刀裁切成网眼以下的纤维素原料。需要说明的是,根据需要还可设置固定刀,利用旋转刀和固定刀进行裁切。
[0037]在使用转割机的情况下,所得裁切物的大小可通过改变网的网眼来加以控制。网眼优选为I~70_、更优选为2~50_、进一步优选为3~40_。若网的网眼为1_以上,则可获得具有适度空间体积的裁切物,操作性提高。若网的网眼为
70_以下,则在进行后述的粗粉碎处理时,可使作为被粉碎原料的材料具有适度的大小,因此能够减轻粉碎所需的负担。
[0038]裁切处理后所得的纤维素原料的大小优选为I~70mm见方,更优选为2~50mm见方。通过裁切成I~70mm见方,能够容易且有效地进行后面的干燥处理,另外,在进行后述的粗粉碎处理时,能够减轻粉碎所需的负担。
[0039][粗粉碎处理]
[0040]另外,在进行工序(I)之前,优选预先对纤维素原料进行粗粉碎处理,也可以在对纤维素原料进行裁切处理之后进一步进行粗粉碎处理。
[0041]粗粉碎处理可以使用公知的粉碎机进行。所使用的粉碎机没有特别限定,只要是能够使纤维素原料成为小粒子的装置即可。
[0042]作为粉碎机的具体例,可列举高压辊磨机、旋转式辊磨机等辊磨机、环辊磨机、滚柱跑轨磨(rollerracemill)或球跑轨磨等立式棍磨机、筒式球磨机、振动球磨机、振动棒磨机、振动管磨机、行星式球磨机或离心流动粉碎机等容器驱动式介质磨、塔式粉碎机、搅拌槽式磨机、流通槽式磨机或环隙式磨机等介质搅拌式磨机、高速离心辊磨机、超磨机(angmill)等固结剪切磨、研钵、石磨、胶体磨(masscolloider)、平面磨、磨轮式碾机、刀磨机、针磨机、绞磨机等。其中,从纤维
素原料的粉碎效率、及生产性的观点出发,优选为容器驱动式介质磨或介质搅拌式磨机,更优选为容器驱动式介质磨,进一步优选为振动球磨机、振动棒磨机或振动管磨机等振动磨,更进一步优选为振动棒磨机。
[0043]作为粉碎方法,可以是间歇式或连续式中的任一种方式。
[0044]作为在粗粉碎处理中使用的装置和/或介质的材质,没有特别限制,可列举例如铁、不锈钢、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、玻璃等,从使纤维素原料的结晶度降低的效率的观点出发,优选为铁、不锈钢、氧化锆、碳化硅、氮化硅,进一步,从工业上利用的观点出发,优选为铁或不锈钢。
[0045]在所使用的装置为振动磨、介质为棒的情况下,从纤维素原料的粉碎效率的观点出发,~100mm,~50mm的范围。如果棒的大小在上述范围内,则能够有效地实现纤维素原料的小粒子化,并且,因混入棒的碎片等而导致纤维素原料受到污染的隐患小。
[0046]棒的填充率的优选范围因振动磨的机种而不同,但优选为10~97%、更优选为15~95%、进一步优选为30~80%。填充率在该范围内时,纤维素原料与棒之间的接触频率提高,并且能够在不妨碍棒运动的情况下提高纤维素原料的粉碎效率。这里,所述填充率是指:相对于振动磨的搅拌部容积而言的棒的表观体积。
[0047]粗粉碎处理时的温度没有特别限定,从抑制操作成本及纤维素原料的劣化的观点出发,优选为-100~200°C,更优选为O~150°C,进一步优选为5~100°C。
[0048]对于粉碎时间,进行适当调整以使得粗粉碎处理后的纤维素原料可实现小粒子化即可。根据所使用的粉碎机、所使用的能量等而改变,但通常为I~30分钟,从降低纤维素原料的粒径的观点、及能量成本的观点出发,优选为2~15分钟,更优选为2~10分钟。
[0049](添加剂)
[0050]在工序(I)中,从提高糖化效率的观点出发,可使用选自非离子型表面活性剂及聚乙二醇中的I种以上添加剂。
[0051][非离子型表面活性剂]
[0052]从提高糖化效率的观点出发,工序(I)中用作添加剂的非离子型表面活性剂优选为具有聚氧乙烯部位、或多元醇部位的非离子型表面活性剂,更优选为具有聚氧乙烯部位的非离子型表面活性剂。从提高糖化效率的观点出发,非离子型表面活性剂的聚氧乙烯基的优选平均加成摩尔数优选为5~200,更优选为10~150,进一步优选为12~120。
[0053]另外,从提高糖化效率的观点出发,非离子型表面活性剂优选为亲水性高的物质。具体来说,优选为通过格里芬法
(Griffin法)所计算出的亲水性-亲油性平衡值(HLB值)为3~20的非离子型表面活性剂,更优选HLB值为5~20,进一步优选HLB值为8~20,进一步优选HLB值为10~20,进一步优选HLB值为12~20,更进一步优选HLB值为16~20。
[0054]作为优选的非离子型表面活性剂,可列举:聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油、山梨糖醇酐脂肪酸酯等。其中,从提高糖化效率的观点出发,优选为选自聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、及聚氧乙烯脂肪酸酯中的I种或2种以上,更优选为选自聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯脂肪酸酯中的I种以上,进一步优选为聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯。另外,更具体而言,进一步优选为选自聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯、聚氧乙烯月桂醚、聚乙二醇单月桂酸酯、及聚乙二醇单硬脂酸酯中的I种或2种以上,更进一步优选为选自聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯及聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯中的I种或2种以上。
[0055][聚乙二醇]
[0056]从提高糖化效率的观点出发,可在工序(I)中用作添加剂的聚乙二醇的重均分子量优选为200~20,000、更优选为300~18,000、进一步优选为400~15,000、更进一步优选为
1,000~10,000、更进一步优选为1,500~6,000。需要说明的是,聚乙二醇的重均分子量可通过凝胶渗透色谱法(GPC法)等进行测定。
[0057]从提高糖化效率的观点出发,工序⑴~100质量%、~80质量%、~50质量%、更进一步优选为I~20质量%。
[0058]向纤维素原料中添加添加剂的方法没有特别限定,可以一次性添加,也可以分批添加。从使添加剂均匀地分散的观点出发,优选在纤维素原料与水的混合物中添加添加剂后再进行搅拌混合,或者一边对纤维素原料与水的混合物进行搅拌、一边添加添加剂并加以混合。另外,可以在水中添加添加剂并加以搅拌混合后再添加纤维素原料。
[0059]添加剂的添加可以在后述的加热处理装置中进行,也可以利用另外进行搅拌和混合的装置进行。对于另外进行搅拌和混合的装置,只要是能够使上述添加剂分散在纤维素原料中的装置就没有特别限定。可列举例如螺条型混合机、浆式混合机、圆锥行星螺旋型混合机、用于粉体、高粘度物质、树脂等的混炼的捏合机等混合机。它们之中,更优选水平轴型浆式混合机,具体来说,进一步优选作为具有剪切桨(^37〃一翼)的水平轴型浆式混合机的LoedigeMixer(中央机工株式会社制;使用特色的宽刃桨状铲(>々状3~)的混合机、可设置剪切桨