制造糖类的方法及乙醇制造方法技术

本发明专利技术提供了以树皮为原料、可以在比较温和的条件下用较少的能量促进木质纤维素的酶解糖化的预处理方法。具体而言，本发明专利技术提供了由树皮原料制造糖类的方法及乙醇制造方法，其特征在于，包括：将树皮原料在碱性化合物水溶液中浸渍的碱处理工序，将该碱处理过的树皮进行机械微细化的微细化处理工序，以及用酶将该微细化处理树皮糖化的酶解糖化工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由树皮原料制造糖类的方法以及制造乙醇的方法。本申请要求基于2008年10月30日在日本提交的日本特愿2008-279367号的优先权，其内容在此处引用。
技术介绍
树木以细胞分裂活跃的形成层为边界分为内侧的木质部与外侧的树皮。树皮占总树木重量的约10 15%，在低龄的桉树中，树皮与木质部相比，木质素含量较低，含有许多可溶性成分，是柔软的。此外，树皮分为死组织的外树皮与活组织的内树皮。外树皮主要由周皮(periderm)或木栓层构成，保护木材组织免遭机械损伤，同时减小温度与湿度的变动。内树皮由筛管分子(sieve element)、薄壁细胞(parenchymatous cell)和厚壁细胞(sclerenchyma cell)构成，筛管分子具有运输液体与养分的功能，薄壁细胞具有贮藏淀粉等养分的功能，介于内树皮的筛管分子之间。厚壁细胞作为支持组织发挥功能，可看到与木质部的年轮相同的层状，根据形状，可以分为韧皮纤维与石细胞(sclereid)。大致划分的话，树皮组织由纤维、包括木栓细胞和薄壁细胞在内的微细物质构成。 树皮的纤维与木质部的纤维在化学上近似，由纤维素、半纤维素和木质素构成。在包括木栓细胞和薄壁细胞在内的微细物质中，存在大量的提取成分，木栓细胞的壁中存在许多软木质(suberin)类，在微细物质成分中含有许多多元酚类。这样，树皮与木质部不同，含有许多有用的可溶性成分，其量达到干燥质量的20 40 %，而且，存在纤维成分中具有与木质部同样的纤维质的优异性质。然而，树皮在木材用途中不能使用，在造纸工序的制浆时，即使少量混入，也使纸浆的品质降低，因此，与树枝或根一起在植树造林地作为肥料返回到土壤中，或者在木材加工厂或木屑加工厂被剥皮，焚烧，不能作为木质系生物质有效利用。目前，作为造纸用纸浆原料，松树、金合欢、桉树等被种植。其中，桉树有500种以上，生长快速，砍伐周期短至7年到10年，即使在干燥地带也能生长，因此除了造纸用材料以外，还用于绿化目的等，在全世界广泛被种植。另一方面，从防止地球变暖的观点出发，为了削减化石燃料来源的CO2排出，生物质的有效利用受到注目。然而，近年来，由玉米等食品系生物质制造生物乙醇引起了食品价格的上升，在发展中国家引起了粮食不足等重大问题。因此，由不与食品竞争的木质系生物质，即木质纤维素制造生物乙醇受到了注目。利用木质纤维素时，将纤维素降解为属于单糖的葡萄糖等的糖化成为重要的阶段。目前，作为由木质纤维素生成单糖的方法，基本上已知有酸水解法、利用超临界水的水解法以及酶解糖化法这三种方法。酸水解法根据酸的浓度不同而提出了稀酸法和浓酸法(专利文献1、专利文献2)。 在稀酸法中，温度、压力均很高，装置被添加的酸所腐蚀。此外，难以分离所生成的糖类与酸，存在没有经济而有效的酸回收方法等问题。另外，浓酸法由于温度和压カ较低，因此能 够利用廉价的反应装置材料，葡萄糖的收率也高。然而，与稀酸法同样地，由于没有从生成 的糖类中分离和回收酸的经济而有效的方法，因此，存在产生了大量废酸的问题。另ー方面，提出了使用亚临界状态或超临界状态的水将纤维素水解处理的超临界 法(专利文献3、专利文献4)。在超临界法中，利用超临界水的特征，可以在短时间内将纤 维素完全地降解为寡糖或单糖，但由于在高温、高压下进行反应，因此，具有装置昂贵、利用 超临界水的装置腐蚀等问题。在酶解糖化法中，木质纤维素中的木质素和半纤维素与纤维素键合，阻碍了酶与 纤维素的接触，因此，葡萄糖收率降低。因此，通常，为了促进酶的降解性，在酶解糖化之前， 实施基于加压热水处理、蒸煮和炸碎的物理预处理、利用酸或碱的化学预处理。对于加压热水处理，提出了在128 205°C、1 2MPa的高温高压条件下处理木质 纤维素的方法(专利文献5)。另外，提出了在100 500°C、饱和蒸气压 50MPa的高温高压条件下处理木质纤 维素的方法(专利文献6)。作为蒸煮处理，提出了在158 225°C、0. 5 3MPa的高温高压条件下处理的方法 (专利文献7)。另外，作为炸碎处理，提出了在与蒸煮处理相同程度的条件下保持木质纤维素，然 后瞬时返回到常压的方法(专利文献8)。上述各方法均需要在高温高压下处理，存在反应装置昂贵、用于形成高温高压的 投入能量大的问题。作为酸处理法，提出了用0. 1 5%稀硫酸在140 230°C的高温下处理木质纤维 素，然后用打浆机进行湿式粉碎的方法(专利文献9)。作为碱处理方法，提出了用2 30 %的氢氧化钙处理生物质的方法(专利文献 10)。作为其它碱处理方法，提出了许多方法(专利文献11 14)。上述各提案需要预先将木质素粉碎至几毫米到几百微米。此外，由于在高温高压 下处理，具有处理所需的能量大且反应装置变得昂贵的问题。一般，粉碎的粒径越小，粉碎 所需的能量越大。然而，在这些提案中，关于粉碎エ序所需的能量没有记载。目前，研究了各种生物质的预处理法，许多预处理方法如果不将生物质粉碎至几 毫米以下的程度，则存在在后续糖化工序中的糖化效率大幅降低的问题。然而，将生物质粉 碎至几毫米以下程度吋，生物乙醇制造所需的能量高于由生物质获得的能量，即使由生物 质制造生物乙醇，存在也没有削减CO2排出的大问题。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2006-75007号公报专利文献2 日本特开2006-246711号公报专利文献3 日本特开平5-31000号公报专利文献4 日本特开平10-327900号公报专利文献5 日本特开2006-136^3号公报专利文献6 日本特开2007-20555号公报专利文献7 日本特开平10-117800号公报专利文献8 日本特开昭59-204997号公报专利文献9 日本特开2007-124933号公报专利文献10 日本特许34930 号公报专利文献11 日本特公昭63-28597号公报专利文献12 日本特开昭59-192093号公报专利文献13 日本特开昭59-192094号公报专利文献14 日本特开2008-092910号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题如上所述的用于木质纤维素的酶解糖化的预处理方法存在为高温高压条件或机械粉碎需要大量能量等成本方面的问题。此外，没有设计出以与木质部相比木质素含量低、含有大量可溶性成分的树皮作为通过酶解糖化制造糖类的原料的最优化的方法。S卩，本专利技术的课题是提供以树皮为原料，可以在比较温和的条件下用较少的能量促进木质纤维素的酶解糖化的预处理方法。用于解决问题的方案本专利技术为了解决上述课题进行了深入研究，结果，通过着眼于与木质部相比木质素含量低、含有大量可溶性成分的树皮，选择和采用以下各技术方案，用较少的能量将原料树皮糖化，并且可以制造乙醇。(1) 一种由树皮原料制造糖类的方法，其特征在于，包括将树皮原料在碱性化合物水溶液中浸渍的碱处理工序；将该碱处理过的树皮进行机械微细化的微细化处理工序； 以及用酶将该微细化处理树皮糖化的酶解糖化工序。(2)根据第(1)项所述的制造糖类的方法，其特征在于，微细化处理是利用选自精磨机(refiner)和研磨机(grinder)的装置进行的磨碎处理。(3) 一种由树皮原料制造糖类的方法，其特征在于，包括将树皮原料与碱性化合物水溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种由树皮原料制造糖类的方法，其特征在于，包括：将树皮原料在碱性化合物水溶液中浸渍的碱处理工序；将该碱处理过的树皮进行机械微细化的微细化处理工序；以及用酶将该微细化处理树皮糖化的酶解糖化工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉浦纯，
申请(专利权)人：王子制纸株式会社，
类型：发明
国别省市：JP