糖液的制造方法 |
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| 申请号 | CN201780020994.5 | 申请日 | 2017-03-28 | 公开(公告)号 | CN108884479A | 公开(公告)日 | 2018-11-23 |
| 申请人 | 东丽株式会社; | 发明人 | 南野淳; 船田茂行; 栗原宏征; 旭裕佳; 笠原拓也; 山田胜成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及由含有 纤维 素的 生物 质 有效率地制造高品质的糖液的方法。更具体而言，本发明涉及一种糖液的制造方法，其包含下述工序：使 碱 性 水 性介质在含有 纤维素 的生物质中通液而获得碱性滤液的工序；使该碱性滤液反复在上述含有纤维素的生物质中通液而生成含有纤维素的固体成分的循环过滤工序；和将上述含有纤维素的固体成分 水解 而获得糖液的工序。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种糖液的制造方法，其包含下述工序： |
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| 说明书全文 | 糖液的制造方法[0001] 相关申请的参照 技术领域背景技术[0004] 以糖类作为原料的化学品的发酵生产工艺被利用于各种工业原料生产。作为成为其发酵原料的糖类，现在，工业上使用了来源于甘蔗、淀粉、甜菜等食用原料的糖类，但从由今后的世界人口的增加引起的食用原料价格的暴涨、或与食用竞争这样的伦理侧面考虑，由可再生的非食用资源、即含有纤维素的生物质更有效率地制造糖液的工艺、或以所得的糖液作为发酵原料而有效率地转化成工业原料的工艺的构建成为今后的课题。 [0006] 例如，为了使纤维素的酶水解速度提高，公开了下述内容：进行使纤维素含有物与碱水溶液接触的碱处理，将该纤维素含有物用水和/或酸性水溶液洗涤后，进行使该纤维素含有物、与包含纤维素分解酶和pH缓冲剂的水溶液在0～250mM的缓冲液浓度的范围接触的酶处理(专利文献1)。 [0007] 此外，公开了一种生物质的酶处理用前处理法，其特征在于，将生物质供给于双螺杆挤出机，在该供给中将碱性化合物的水溶液注入到该机内，在该机内使该生物质与该水溶液混炼、反应(专利文献2)。 [0008] 此外，为了降低用于由生物质制造糖的成本，公开了下述方法：使用碱溶液将草本系生物质或木质系生物质进行碱处理，将碱处理后的溶液固液分离成碱溶液和固体成分，在分离出的碱溶液中补充碱物质，再循环于碱处理工序(专利文献3)。 [0009] 此外，为了使酶糖化的效率提高并且中和废液大幅减少，公开了一种纤维素系生物质原料的酶糖化方法，其特征在于，调制包含进行了裁切、粉碎、磨碎、研磨或粉末化的纤维素系生物质原料、氢氧化钙和水的浆料并进行对该原料的碱处理，然后进行固液分离，使用二氧化碳对通过该固液分离而获得的固体物质、或该固体物质与水的混合物进行中和而将pH值调整为5～8，进行酶糖化反应(专利文献4)。 [0010] 然而，由含有纤维素的生物质有效率地取得高品质的糖液的方法依然有需求。 [0011] 现有技术文献 [0012] 专利文献 [0013] 专利文献1：日本特开2011-135861号公报 [0014] 专利文献2：日本特开昭59-192094号公报 [0015] 专利文献3：日本特开2014-23484号公报 [0016] 专利文献4：日本特开2013-220067号公报 发明内容[0017] 本发明的目的是提供由含有纤维素的生物质有效率地制造糖液的方法。此外，本发明的目的是提供由含有纤维素的生物质制造高品质的糖液的方法。 [0018] 本发明人等此次发现如果将反复利用碱性滤液的特定前处理应用于含有纤维素的生物质，则能够有效率地取得糖液。进一步，本发明人等发现，上述糖液以高纯度含有糖。本发明是基于这样的认识而提出的。 [0019] 本发明包含以下的[1]～[16]。 [0020] [1]一种糖液的制造方法，其包含下述工序： [0021] 使碱性水性介质在含有纤维素的生物质中通液而获得碱性滤液的工序； [0022] 使该碱性滤液反复在上述含有纤维素的生物质中通液而生成含有纤维素的固体成分的循环过滤工序；和 [0023] 将上述含有纤维素的固体成分水解而获得糖液的工序。 [0024] [2]根据[1]所述的制造方法，上述获得碱性滤液的工序包含：将含有纤维素的生物质和碱性水性介质供给于过滤器，使用该过滤器使碱性水性介质在含有纤维素的生物质中通液。 [0025] [3]根据[1]或[2]所述的制造方法，通液为重力方向的自重过滤。 [0026] [4]根据[1]～[3]中任一项所述的制造方法，碱性水性介质和碱性滤液的温度实质上保持相同。 [0027] [5]根据[1]～[4]中任一项所述的糖液的制造方法，碱性水性介质和碱性滤液的温度为80℃以上100℃以下。 [0028] [6]根据[1]～[5]中任一项所述的制造方法，碱性滤液包含乙酸或其盐。 [0029] [7]根据[1]～[6]中任一项所述的制造方法，含有纤维素的生物质是用筛孔30mm以上的筛子筛过了的含有纤维素的生物质。 [0030] [8]根据[1]～[7]中任一项所述的制造方法，含有纤维素的生物质进行了干式粉碎处理。 [0031] [9]根据[1]～[8]中任一项所述的糖液的制造方法，含有纤维素的生物质为草本系生物质。 [0032] [10]根据[1]～[9]中任一项所述的制造方法，碱性水性介质和碱性滤液包含选自氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种氢氧化物。 [0033] [11]根据[1]～[10]中任一项所述的制造方法，碱性水性介质和碱性滤液为碱性水溶液。 [0034] [12]根据[1]～[11]中任一项所述的制造方法，碱性滤液的通液的反复时间为30分钟以上3小时以下。 [0035] [13]根据[1]～[12]中任一项所述的制造方法，循环过滤工序结束时的碱性滤液的pH值为10以上12以下。 [0036] [14]根据[1]～[13]中任一项所述的制造方法，水解为通过酶进行的水解。 [0037] [15]一种含有纤维素的生物质的前处理方法，是用于将含有纤维素的生物质水解而获得糖液的含有纤维素的生物质的前处理方法，其包含下述工序： [0038] 使碱性水性介质在该含有纤维素的生物质中通液而获得碱性滤液的工序；和[0039] 使该碱性滤液反复在上述含有纤维素的生物质中通液而生成含有纤维素的固体成分的循环过滤工序。 [0040] [16]一种含有纤维素的固体成分的制造方法，通过[15]所述的前处理方法，由含有纤维素的生物质获得含有纤维素的固体成分。 [0041] 根据本发明，可以采用反复使用碱性滤液的前处理，来有效率地取得来源于含有纤维素的生物质的糖液。本发明在糖液的制造中在大幅降低前处理中使用的碱使用量和反应时间方面是有利的。本发明此外在制造显著高纯度的糖液方面是有利的。 具体实施方式[0042] 本发明的糖液的制造方法，其特征在于，包含下述工序：使碱性水性介质在含有纤维素的生物质中通液而获得碱性滤液的工序；使该碱性滤液反复在含有纤维素的生物质中通液而生成含有纤维素的固体成分的循环过滤工序；和将含有纤维素的固体成分水解而获得糖液的工序。采用反复使碱性滤液直接在含有纤维素的生物质中通液的前处理，能够大幅降低含有纤维素的生物质原料的碱处理中的碱使用量和反应时间，进一步能够有效率地取得显著高纯度的糖液是意料之外的事实。 [0043] 本发明的方法中，首先将含有纤维素的生物质和碱性水性介质供给到过滤器中。在本发明中，可以将含有纤维素的生物质和碱性水性介质预先混合而供给到过滤器内，也可以将两者分别供给到过滤器内，但优选在预先供给到过滤器中的含有纤维素的生物质上添加碱性水性介质。 [0044] 本发明的所谓含有纤维素的生物质，是指至少包含纤维素的生物资源。作为含有纤维素的生物质的适合例，可举出甘蔗渣、柳枝稷、象草、斑茅、玉米秸秆、秸(稻秸、麦秸)、油椰子空果房等草本系生物质、或树木、木屑、废建材等木质系生物质、以及藻类、海草等来源于水生环境的生物质、玉米外皮、小麦外皮、大豆外皮、稻壳等谷物皮类生物质等，但更优选利用甘蔗渣、稻秸、油椰子空果房等草本系生物质。 [0045] 本发明的含有纤维素的生物质的形状没有特别限定，优选进行粉碎处理。粉碎方法没有特别限定，可以使用球磨机、振动磨机、切碎机、锤磨机、维利氏磨粉机、喷射磨机等惯用于各种材料粗粉碎的机械来进行。该机械粉碎可以为干式和湿式中的任一种，优选为干式粉碎。粉碎处理后可以根据需要进行分级。优选的粒度的范围可以通过含有纤维素的生物质通过的筛子的筛孔的大小来设定。含有纤维素的生物质通过的筛子的筛孔的优选的范围为例如8mm左右以上、8mm左右以上20mm左右以下、20mm左右以上、20mm左右以上50mm左右以下、30mm左右以上、30mm左右以上50mm左右以下、50mm左右以上、50mm左右以上70mm左右以下、70mm左右以上。 [0046] 此外，本发明的含有纤维素的生物质的含水率没有特别限定，优选的范围为例如3％左右以上、3％左右以上60％左右以下、5％左右以上、5％左右以上60％左右以下、5％左右以上55％左右以下、5％左右以上50％左右以下。 [0048] 碱性水性介质的碱浓度可以通过碱含有性介质中的碱性物质(氢氧化物等碱固体成分)的含量来算出。碱性水性介质的碱浓度的上限值没有特别限定，优选为3、2、1.5、1、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3或0.2重量％左右，下限值优选为0.0.5、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5重量％左右。此外，优选的碱浓度的范围为例如0.05重量％左右以上0.3重量％左右以下、0.1重量％左右以上3重量％左右以下、0.1重量％左右以上2重量％左右以下，更优选的范围为 0.1～2重量％左右、0.25重量％左右以上1.5重量％左右以下、0.25重量％左右以上1.5重量％左右以下，进一步优选的范围为0.25重量％左右以上1.0重量％左右以下。 [0049] 此外，关于碱性水性介质的pH值的下限值，只要是碱性就没有特别限定，为7以上，优选为pH8以上，更优选为pH9以上，进一步优选为pH10以上。pH值的上限值只要小于pH14，就没有特别限定，但从减少碱的使用量的观点考虑，可以以pH13.5以下设定。此外，优选的pH值的范围为例如7以上13.5以下、8以上13.5以下，更优选的pH值的范围为9以上13.5以下，进一步优选的pH值的范围为10以上12以下的范围。 [0050] 此外，碱性水性介质中，根据需要可以添加乙酸或其盐。在碱性水性介质中添加乙酸或其盐在提高本发明的反应效率方面是优选的。优选的碱性水性介质中的乙酸的浓度为例如0.05重量％左右以上5.0重量％左右以下、0.08重量％左右以上3.0重量％左右以下、0.08重量％左右以上2.5重量％左右以下、0.08重量％左右以上2.3重量％左右以下、0.1重量％左右以上2.0重量％左右以下，更优选的范围为0.08重量％左右以上2.3重量％左右以下或0.1重量％左右以上2.0重量％左右以下。 [0051] 碱性水性介质的温度的上限值没有特别限定，优选为110、100、95、90、80、75、70℃左右，下限值优选为35、40、50、60、65℃左右。此外，优选的碱性水性介质的温度的范围为例如35℃左右以上100℃左右以下、40℃左右以上100℃左右以下、50℃左右以上100℃左右以下、60℃℃左右以上100℃左右以下、65℃左右以上100℃左右以下、80℃左右以上100℃左右以下，更优选的温度的范围为60℃左右以上100℃左右以下、65℃左右以上100℃左右以下、80℃左右以上100℃左右以下，进一步优选的温度的范围为65℃左右以上100℃左右以下或80℃左右以上100℃左右以下。 [0052] 此外，在本发明中，碱性水性介质与含有纤维素的生物质(干燥重量)的重量比例没有特别限定，优选的范围为例如100：1～2：1、90：1～3：1、50：1～5：1、30：1～5：1、25：1～7：1、25：1～7：1、25：1～5：1、20：1～5：1。 [0053] 此外，在本发明中，含有碱的水性介质与含有纤维素的生物质(干燥重量)的比例也可以以后述的参考例5所记载的碱使用量(也称为碱反应量)作为指标来设定。优选的碱使用量的范围为例如20mg/g左右以上300mg/g左右以下、30mg/g左右以上200mg/g左右以下、40mg/g左右以上200mg/g左右以下、45mg/g左右以上180mg/g左右以下、45mg/g左右以上150mg/g左右以下、45mg/g左右以上120mg/g左右以下、50mg/g左右以上100mg/g左右以下、 50mg/g左右以上90mg/g左右以下，更优选的碱使用量的范围为45mg/g左右以上120mg/g左右以下、50mg/g左右以上100mg/g左右以下、50mg/g左右以上90mg/g左右以下。 [0054] 此外，关于本发明的过滤器，只要能够实施本发明，就没有特别限定，但优选至少具备：至少收容含有纤维素的生物质的生物质收容部、使碱水性介质在含有纤维素的生物质中通液的过滤部、和将从过滤部获得的碱性滤液回收并使其循环的滤液循环部。 [0055] 过滤器的生物质收容部的形状没有特别限定，可以为筒状、箱状、膜状、板状或带状(移动式)等。此外，生物质收容部优选在上面或侧面具有用于将含有纤维素的生物质、碱性水性介质和碱性滤液供给到器内的至少1个开口部，并且与过滤部邻接。此外，优选在生物质收容部的底面配置有过滤部。此外，本发明的过滤器优选生物质收容部与过滤部一体地构成。 [0056] 生物质收容部的尺寸没有特别限定，优选为至少可以收容含有纤维素的生物质的容量或面积。例如，在生物质收容部为筒状或箱状的情况下，生物质收容部优选具有能够将含有纤维素的生物质、和碱性水性介质一起收容的容量。此外，在生物质收容部为板状、膜状、狭缝状、或带状的情况下，生物质收容部优选具有可以将含有纤维素的生物质配置在收容部上那样的充分的面积。 [0057] 过滤部的形状没有特别限定，为了将含有纤维素的生物质配置在其上而进行过滤，优选为板状、膜状或带状。进一步，过滤部优选具有不使含有纤维素的生物质通过并且使碱水性介质通过的孔。这样的过滤部也可以由微滤膜(MF)、超滤膜(UF)构成。 [0058] 过滤部的孔的平均孔径可以根据含有纤维素的生物质的粒度来适当设定，但优选的平均孔径的范围为例如0.001μm～5mm、0.01μm～5mm、0.1μm～5mm。这里，所谓“平均孔径”，是指使用微孔孔径测定仪(コースター社)通过平均流量点法测定的平均流量孔径。此外，过滤部的孔形状没有特别限定，可举出例如狭缝那样的一个方向长的切口等。此外，过滤部的开口率没有特别限定，优选为5％以上60％以下，更优选为10％以上40％以下。使开口率在上述范围内，在防止生物质的微粒发生堵塞而过滤变慢、或防止在过滤器上不能保持生物质方面是有利的。此外孔形状为狭缝那样的切口的情况下，其宽度与上述同样优选为0.001μm～5mm、0.01μm～5mm、0.1μm～5mm。 [0059] 作为过滤部的材质，没有特别限定，可举出聚砜、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚1,1-二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯等有机材料、或铁、钛、铝、不锈钢等金属、或陶瓷等无机材料。 [0060] 此外，关于滤液循环部的形状，只要能够回收从过滤部获得的碱性滤液，并再次用于过滤，就没有特别限定。适合的滤液循环部例如至少具备：配置在过滤部下并且用于回收滤液的具备开口部的回收容器部(桶等)。 [0061] 滤液循环部可以固定地设置，也可以以能够搬运、移动的方式设置。在滤液循环部能够搬运、移动的情况下，例如，可以通过在回收碱性滤液后，将滤液循环部搬运到生物质收容部附近而将碱性滤液直接注入到生物质收容部来实施循环过滤。 [0062] 此外，在滤液循环部固定地设置或通常不进行搬运、移动的情况下，可以进一步具备用于使碱性滤液从滤液循环部向生物质收容部循环的管线部(管等)。此外，管线部优选具备用于将碱性滤液注入到生物质收容部的注入口(例如，喷淋状的开口部)。进一步，滤液循环部优选进一步具备用于赋予使碱性滤液循环的驱动力的泵。此外，滤液循环部优选具有可以保温或加温的功能。使用具有这样的保温或加温功能的滤液循环部，特别是在初期反应温度为高热的情况下防止因为温度降低而妨碍反应进行方面是有利的。此外，本发明的滤液循环部更优选通过以夹套式或伴随式在内部共有蒸汽、温水来将其全部或一部分强制保温或升温。 [0063] 另外，滤液回收部和生物质收容部的材质没有特别限定，例如，可以与上述的过滤部的材质同样。 [0064] 作为本发明的过滤器，也能够使用公知的循环式提取(过滤)装置。 [0065] 作为过滤器的适合例，可举出带式过滤机(DeSmet社LM)、篮式过滤机、旋转式过滤机(Carousel，Rotocell，REFLEX)、Bonot式过滤机、筛网过滤式等，更优选为罐内筛网过滤式装置(イズミフードマシナリ社)、输送机式筛网过滤式装置(Crown Works社，型号2，型号3)等。使用这样的循环式提取(过滤)装置，与使用高温或高压容器的以往的前处理装置相比，在降低工业设备的成本方面是有利的。 [0066] 此外，根据本发明的一个方案，可以将多个过滤器并列连接使用。在这样的方案中，例如，可以以将从第一过滤器排出的第一碱性滤液经由第一管线部而注入到第二过滤器，将从第二过滤器排出的第二碱性滤液经由第二管线部而注入到第三过滤器，将从第三过滤器排出的第三碱性滤液经由第三管线部而注入到第一过滤器的方式，将各过滤器连接。 [0067] 此外，根据本发明的其它方案，过滤器可以具备一个生物质收容部和过滤部、以及多个滤液循环部。在这样的方案中，例如，生物质收容部和过滤部可以为一体构成并且为具有孔的移动式带状。而且，可以在移动式带下，配置多个滤液循环部。根据这样的方案，可以使生物质通过带而移动，同时使碱性滤液循环而实施前处理反应，在使反应效率提高方面是有利的。 [0068] 此外，根据其它优选的方案，可以使用能够使含有纤维素的生物质、与碱性水性介质或碱性滤液相向接触的过滤器。在这样的过滤器中，例如，为了在相向接触间可以密闭生物质收容部，可以在与开口部和过滤部的接触面配置能够开闭的盖。此外，也可以进一步配置用于在相向接触时进行所需的加压的加压部。使用这样的能够相向接触的过滤器在进一步提高反应效率方面是有利的。 [0069] 在本发明的方法中，使碱性水性介质在含有纤维素的生物质中通液而获得碱性滤液。本发明的通液优选采用：优选利用了碱液的重量的、重力方向的自重过滤。这样的自重过滤对于使通液速度缓慢而使反应效率提高，将生物质压紧化而将反应均匀化是有利的。特别是，在通过泵强制地通液的情况下，自重过滤在将反应有效果地均匀化方面是特别优选的。 [0070] 此外，碱性滤液的pH值可以为与碱性水性介质同样的范围内，优选的pH值的范围为例如7以上12以下、8以上12以下，更优选的pH值的范围为9以上12以下，进一步优选的pH值的范围为10以上12以下的范围。碱性滤液的pH值有随着反应进行而降低的倾向。这是因为，如果碱反应进行则可溶性木质素的成分发挥中和剂的作用，能够根据其降低程度来推测反应的进行状态。特别是循环过滤结束时(反应后)的pH值的范围可以通过初期碱浓度等来适当调整，优选为例如7以上12.5以下、8以上12.5以下，更优选的pH值的范围为9以上12以下，进一步优选的pH值的范围为10以上12以下的范围。碱性滤液的pH值是否在上述范围的测定是用于评价反应是否进行到对于进行后续的水解工序而言充分的水平的有效手段。另外，优选在本发明的碱性滤液中不追加碱而直接用于过滤循环。根据这样的本发明，即使不对碱性滤液进行碱的追加也可以提高反应效率，在降低成本方面是有利的。 [0071] 此外，碱性滤液优选实质上保持过滤前的碱性水性介质的温度。例如，碱性滤液的适合的温度可以在与碱性水性介质实质上相同的范围内(±0.5～1℃左右的差的范围内)，优选的温度的范围为例如35℃左右以上100℃左右以下、40℃左右以上100℃左右以下、50℃左右以上100℃左右以下、60℃℃左右以上100℃左右以下、65℃左右以上100℃左右以下、80℃左右以上100℃左右以下，更优选的温度的范围为60℃左右以上100℃左右以下、65℃左右以上100℃左右以下、80℃左右以上100℃左右以下，进一步优选的温度的范围为65℃左右以上100℃左右以下或80℃左右以上100℃左右以下。将碱性滤液保持于上述温度可以通过对过滤器设置公知的保温设备或加热设备来实施。 [0072] 此外，本发明的方法中，如上所述，通过反复使碱性滤液在含有纤维素的生物质中通液，来准备含有纤维素的固体成分。在本发明中，反复使碱性滤液在含有纤维素的生物质中通液的循环过滤工序可以使用上述过滤器来实施。 [0073] 反复使碱性滤液在含有纤维素的生物质中通液的时间没有特别限定，适合的反复时间为例如20分钟左右以上72小时左右以下、20分钟左右以上48小时左右以下、20分钟左右以上24小时左右以下、30分钟左右以上48小时左右以下、30分钟左右以上24小时左右以下、30分钟左右以上12小时左右以下、30分钟左右以上6小时左右以下或30分钟左右以上3小时左右以下。 [0074] 此外，反复使碱性滤液在含有纤维素的生物质中通液的次数没有特别限定，适合的次数为例如至少2次以上、2次以上20000以下、2次以上10000以下、2次以上1000以下、3次以上10000以下、3次以上1000以下或3次以上100以下。 [0075] 含有纤维素的固体成分可以通过过滤而容易地从碱性滤液分离。对于所得的含有纤维素的固体成分，在后续的水解工序前，可以使用公知装置实施过滤、干燥、压挤等，特别优选实施压挤。作为压挤方法，有螺旋压挤机、压带机、压滤机等，优选为螺旋压挤机。 [0076] 此外，含有纤维素的固体成分的含水率没有特别限定，优选的范围为例如3重量％左右以上99重量％左右以下、20重量％左右以上99重量％左右以下、40重量％左右以上99重量％左右以下、50重量％左右以上99重量％左右以下或50重量％左右以上70重量％左右以下，更优选为50重量％左右以上99重量％左右以下，进一步优选为50重量％左右以上70重量％左右以下。 [0077] 使含有纤维素的固体成分的含水率降低在使糖液的纯度提高、使酶反应的反应效率提高方面是有利的。 [0078] 本发明的方法中，将含有纤维素的固体成分水解而获得糖液。水解工序中，可以应用酸水解、碱水解、酶水解等公知的水解法，但优选为将纤维素固体成分在水介质中，用酶进行水解处理。通过这样的酶水解工序而获得的糖液可以作为含有例如以葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、木二糖为代表的、寡糖和/或单糖的水溶液而取得。 [0079] 所使用的酶只要为纤维素或半纤维素水解酶，就没有特别限定，例如，为比较便宜的市售品较好，作为纤维素酶酶剂，可以使用作为来源于枝顶孢属的酶的アクレモニウムセルラーゼ(Meiji Seikaファルマ株式会社)、作为来源于木霉属的酶的アクセルレース·デュエット(ダニスコ·ジャパン社)、Celluclast 1.5L(ノボザイム社)等。作为半纤维素酶酶剂，可以使用Optimash BG(ジェネンコア社)等。酶的来源没有特别限定，更优选为来源于丝状菌的酶。来源于丝状菌的酶富含纤维素酶、半纤维素酶、β-葡糖苷酶等来源于含有纤维素的生物质的多糖的分解酶，在对碱处理后的生物质进行水解反应方面是有利的。 [0080] 所使用的酶可以考虑酶剂的性质、所希望的制品的组成等，单独或组合使用。此外，适合的酶的量也没有特别限定，可以适当决定。这样的酶的量可以为例如每1g原料底物为0.01g以上1g以下，优选为0.001g以上0.1g以下。酶水解的温度、pH值和时间可以根据酶的性质、组合等来适当设定。作为适合的范围，例如，温度为30以上60℃以下，更优选为35℃以上50℃以下。此外，pH值为例如pH3以上8以下，优选为pH4以上7以下。此外，反应时间为例如1小时以上48小时以下，优选为6小时以上24小时以下。 [0081] 从含有纤维素的固体成分的水解物分离糖液的方法没有特别限定，优选在固液分离后进行膜处理。此外，可以对所得的糖液，根据需要实施过滤、离心分离、浓缩、干燥等处理。 [0082] 本发明的糖液中的葡萄糖、木糖或木二糖的浓度没有特别限定，可以通过调节各工序的反应条件等来适当设定。作为适合的葡萄糖浓度，为例如5g/L左右以上1000g/L左右以下、5g/L左右以上700g/L左右以下、5g/L左右以上550g/L左右以下或10g/L左右以上550g/L左右以下。此外，作为适合的木糖浓度，为例如1g/L左右以上100g/L、1g/L左右以上 50g/L左右以下或1g/L左右以上10g/L左右以下。此外，作为适合的木二糖浓度，为例如1g/L左右以上100g/L、1g/L左右以上50g/L左右以下、1g/L左右以上20g/L左右以下或1g/L左右以上15g/L左右以下。 [0083] 此外，本发明的方法在获得高纯度的糖液方面是优选的。根据本发明，可以通过有效率的碱处理而强制取出生物质中的木质素、其它构成单元的可溶成分，有效果地防止在糖液中溶出。这样的本发明与现有技术的方法相比在获得显著的纯度的糖液方面是有利的。此外，根据本发明，作为获得高纯度的糖液的结果，如果将糖液冷却，则也能够获得迄今为止设想不到的葡萄糖的结晶体。例如，在将本发明的糖液在4℃下在24小时的条件下静置的情况下，所得的葡萄糖结晶的纯度至少为95％以上，更优选为98％以上，进一步优选为99％以上。另外，获得结晶体时的上述温度和时间为例示，获得结晶体时的温度和时间没有特别限定。例如为了获得纯度更高的糖结晶，可以添加晶种，也可以将温度设定为例如10℃等更高的温度、进一步延长结晶化时间。 [0084] 所得的糖液能够作为发酵原料而利用。此外，本发明的糖液的用途不限定于发酵原料等，例如，可以利用于制造糖醇的原料、高纯度葡萄糖和/或木糖的制造。 [0085] 实施例 [0086] 以下，通过实施例更具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。此外，只要没有特别指明，本说明书所记载的单位和测定方法采用日本工业规格(JIS)。 [0087] 参考例1：糖浓度的测定方法 [0088] 在各实施例、比较例中获得的糖化液所包含的糖浓度在下述所示的高效液相色谱(High performance liquid chromatography：HPLC)条件下，通过与标准品的比较来定量。将结果示于表1中。 [0089] 柱：Luna NH2(Phenomenex社制) [0090] 流动相：超纯水；乙腈＝25：75 [0091] 流速：0.6mL/min [0092] 反应液：无 [0093] 检测方法：RI(差示折射率) [0094] 温度：30℃ [0095] 参考例2：呋喃系、芳香族系化合物的浓度的测定方法 [0096] 糖液所包含的呋喃系化合物(HMF、糠醛)和酚系化合物(香草醛等)的浓度在以下所示的条件下通过HPLC来分析，通过与标准品的比较来定量。 [0097] 柱：Synergi HidroRP 4.6mm×250mm(Phenomenex制) [0098] 流动相：乙腈-0.1％H3PO4(流速1.0mL/min)检测方法：UV(283nm) [0099] 温度：40℃。 [0100] 参考例3：有机酸的浓度的测定方法 [0101] 糖液所包含的有机酸(乙酸、甲酸)在以下所示的条件下通过HPLC来分析，通过与标准品的比较来定量。 [0104] 反应液：5mM对甲苯磺酸、20mM Bistris、0.1mM EDTA·2Na(流速0.8mL/min)[0105] 检测方法：电导率 [0106] 温度：45℃。 [0107] 参考例4：含水率的测定方法 [0108] 测定了以下的实验中使用的含有纤维素的生物质的含水率。含水率(重量％；以下，仅以％表示)使用红外线水分计(“FD-720”，ケット科学研究所制)，将试样保持在120℃的温度，测定了作为由蒸发后的稳定值与初期值的差获得的值的含水率。此次，将实施例中测定的原料的含水率示于表1中。甘蔗渣、稻秸、油椰子空果房被分类为草本系生物质。 [0109] [表1] [0110]原料 含水率 甘蔗渣 50％ 稻秸 10％ 油椰子空果房 15％ 木屑(杉) 5％ [0111] 参考例5：碱反应量的计算方法 [0112] 关于碱反应量的计算方法，例如在对含水率x(％)的含有纤维素的生物质原料a(g)，添加y(％)的氢氧化钠水溶液b(g)进行反应的情况下，碱的反应量(单位：mg/g干生物质)由以下的式1表示。 [0113] [碱反应量]＝y×b×1000/{(100-x)×a}(式1) [0114] 实施例1：使用循环过滤的效果(反应时间的缩短和碱使用量的降低) [0115] 使用切碎机(奈良机械制作所バリオニクスBRX-400)将甘蔗渣粉碎。粉碎条件是，将切碎机的筛子的筛孔设定为50mm，一边以旋转速度600rpm、供给速度1000kg/hr供给一边进行粉碎。 [0116] 将所得的粉碎甘蔗渣(含水率：50％)5.0kg投入到多功能提取机(イズミフードマシナリ社制)，从上述多功能提取机的罐上部的喷射球添加规定浓度的氢氧化钠水溶液45kg(初期温度：90℃，pH值为约13附近)，反复将从附设于罐内的过滤网通过自重过滤而获得的液体(碱性滤液)再次从喷射球放入。另外，在过滤网到上部的喷射球间设置进行加温的机构而一边监视温度一边进行规定时间的反应。反应中，以碱性滤液不从90℃降低的方式进行调整。此外，未使用附设于上述多功能提取机的搅拌翼，甘蔗渣和含有纤维素的固体成分置于过滤网上，通过搅拌翼等来整理形状、不进行浆料化的动作。在规定的反应时间使碱性滤液持续循环。将所得的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐(开口率：30％)进一步过滤，用手将残留在篓筐上面的含有纤维素的固体成分对篓筐面按压而进行挤压。所得的固体成分的含水率为90％。将测定所得的滤液的pH值所得的结果也记载于表2中。 [0117] 对所得的上述固体成分，以干基的固体成分浓度成为5％、pH值成为5.0的方式添加RO水和35％盐酸，制作包含含有纤维素的固体成分的浆液。在所得的浆液500mL中，添加作为ダニスコジャパン株式会社制的酶的アクセルレース·デュエット5mL，将浆料温度维持于50℃并时常进行搅拌而进行24小时反应。 [0118] 关于使用参考例1的方法用HPLC测定所得的反应液的糖浓度而得的结果(经过6小时和24小时后)，示于表2中。表明了如果使用实施例1的方法，则酶反应的速度大幅提高，与后述的比较例1和2相比具有为了获得同等的糖生成量而所需的反应时间缩短、碱使用量降低这样的效果。特别是酶反应经过6小时后的糖收量与比较例1和2相比非常优异。 [0119] [表2] [0120] [0121] *反应结束时pH值 [0122] 比较例1：静置而进行反应的情况(反应时间和碱使用量) [0123] 将实施例1的粉碎甘蔗渣(含水率：50％)0.5kg和规定浓度的氢氧化钠水溶液4.5kg添加到10L的不锈钢容器中，一边搅拌内容物一边用燃气灶进行加温直到内部温度变为90℃。接下来，将装有甘蔗渣和氢氧化钠水溶液的不锈钢容器放入到在90℃下稳定了状态的气流式烘箱中静置。将保持时间设为反应时间，如表3那样制作多个使氢氧化钠水溶液的浓度变化了的样品。接下来，将所得的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐过滤，用手将残留在篓筐上面的含有纤维素的固体成分对篓筐面按压而进行挤压。所得的含有纤维素的固体成分的含水率为90％。 [0124] 对于所得的上述固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。将结果示于表3中。 [0125] [表3] [0126] [0127] 比较例2：搅拌而进行反应的情况(反应时间和碱使用量) [0128] 将实施例1的粉碎甘蔗渣(含水率：50％)0.5kg和规定浓度的氢氧化钠水溶液4.5kg添加到8L的反应槽中，对反应槽安装电热加热器式的夹套，一边搅拌内容物一边加热直到内部温度变为90℃。从达到90℃的时刻起开始反应时间，进行规定时间的搅拌反应。进一步将所得的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐过滤，进一步用手将残留在篓筐上面的含有纤维素的固体成分对篓筐面按压而进行挤压。所得的含有纤维素的固体成分的含水率为 90％。 [0129] 对于所得的上述固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。将结果示于表4中。 [0130] [表4] [0131] [0132] 实施例2：添加了乙酸的情况下的效果 [0133] 统一成使氢氧化钠水溶液浓度为0.5％并且使反应时间为2.0小时的实施例1所记载的反应条件，进一步，以成为表5所记载的规定浓度的方式将乙酸添加到氢氧化钠水溶液而进行研究。与实施例1同样，将所得的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐过滤，进一步进行挤压。所得的含有纤维素的固体成分的含水率为90％。 [0134] 对于所得的上述固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。结果如表5所示。由结果表明了反应液中的乙酸有助于本反应。 [0135] [表5] [0136] [0137] 实施例3：与甘蔗渣的粉碎度有关的研究 [0138] 使用切碎机(奈良机械制作所バリオニクスBRX-400)将甘蔗渣进行粉碎而进行研究。将切碎机的筛子的筛孔设定为8mm、20mm、30mm、50mm(实施例1)或70mm而进行研究。 [0139] 此外，反应条件统一成使氢氧化钠水溶液浓度为0.5％并且使反应时间为2.0小时的实施例1所记载的条件。与实施例1同样，将所得的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐过滤，进一步进行挤压。 [0140] 对于所得的上述固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。所得的结果如表6所示。 [0141] [表6] [0142] [0143] 实施例4：其它原料研究/稻秸、油椰子空果房、木屑(杉) [0144] 使用稻秸(含水率：10％)、油椰子空果房(含水率：15％)、杉木屑(含水率5％)，用切碎机在与实施例1相同条件下粉碎，获得了各原料生物质。 [0145] 接下来，使用与实施例1同样的多功能提取机，针对表7所记载的各原料生物质的量，以碱反应量成为约90mg/g干生物质的方式，添加0.43％的氢氧化钠水溶液52kg而进行研究。接下来，通过与实施例1同样的方法在90℃的条件下进行2小时反应。与实施例1同样，将所得的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐过滤，进一步进行挤压。所得的含有纤维素的固体成分的含水率为90％。 [0146] 对于所得的上述固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。将结果示于表8中。 [0147] [表7] [0148]原料生物质 含水率 投入量 碱液添加量 碱浓度 碱反应量 单位 ％ kg kg ％ mg/g 稻秸 10 2.75 52 0.43 90.3 油椰子空果房 15 2.9 52 0.43 90.7 木屑(杉) 5 2.6 52 0.43 90.5 [0149] [表8] [0150] [0151] 比较例3 [0152] 作为与实施例4比较的对象，记载了关于对稻秸(含水率：10％)、油椰子空果房(含水率：15％)、杉木屑(含水率5％)进行了静置或搅拌反应的情况下的研究例。使用上述各原料进行与比较例1和2同样的研究。 [0153] 在静置反应的情况下，按照表9所记载的量，将实施例4中获得的各原料生物质和0.43％氢氧化钠水溶液添加到10L的不锈钢容器中。 [0154] 关于搅拌反应，按照表9所记载的量，将实施例4中获得的各原料生物质和0.43％的氢氧化钠水溶液添加到8L的反应槽中。 [0155] 与实施例4同样，将所得的样品过滤，进一步进行挤压。 [0156] 所得的含有纤维素的固体成分的含水率为90％。 [0157] 对于所得的上述固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。关于6hr后的反应结果，示于表10中。 [0158] [表9] [0159]原料生物质 含水率 投入量 碱液添加量 碱浓度 碱反应量 单位 ％ kg kg ％ mg/g 稻秸 10 0.275 5.2 0.43 90.3 油椰子空果房 15 0.29 5.2 0.43 90.7 木屑(杉) 5 0.26 5.2 0.43 90.5 [0160] [表10] [0161] [0162] 实施例5：碱性滤液的温度研究 [0163] 改变实施例1的反应温度的条件而进行了研究。具体而言，以氢氧化钠水溶液的初期温度和碱性滤液的反应中温度这两者成为70℃、75℃、80℃、90℃或95℃的方式进行设定。反应条件统一成使氢氧化钠水溶液浓度为0.5％并且使反应时间为2.0小时的实施例1所记载的条件。 [0164] 然后，在与实施例1相同条件下针对所得的纤维素固体成分，通过与实施例1相同方法进行中和反应和酶反应。关于24小时后的反应结果，示于表11中。 [0165] [表11] [0166] [0167] 实施例6：使用了氢氧化钾的研究 [0168] 对将实施例中使用的碱从氢氧化钠变成氢氧化钾的情况进行说明。反应时间设定为2.0小时，按照实施例1的方法利用糖生成的评价进行与氢氧化钠的比较。 [0169] 将结果示于表12中。由表2(氢氧化钠)和表12(氢氧化钾)的比较可知，作为重量基质的碱使用量，与氢氧化钠相比需要为1.5～2倍量。 [0170] [表12] [0171] [0172] *反应结束时pH值 [0173] 实施例7：糖纯度的提高 [0174] 对于实施例1的在碱添加量90mg/g干生物质、反应时间2小时的条件下得到的纤维素固体成分，以干基的固体成分浓度成为5％、pH值成为5.0的方式，添加RO水和35％盐酸，制作包含含有纤维素的固体成分的浆液。 [0175] 在所得的浆液20L中添加アクレモニウムセルラーゼ(Meiji Seikaファルマ株式会社制)80mg，将浆料温度维持在50℃并时常进行搅拌而进行6小时反应。接下来，将所得的糖化液离心分离(3000G，1分钟)而分离固体成分，通过作为微滤膜的ステリカップ(孔径：0.22微米)从上述固体成分过滤出液体成分。接下来，将所得的液体成分19L，使用SEPA-II(平膜过滤试验机GE制)和纳滤膜NFW(Synder社制)进行过滤(过滤条件：循环液速度2L/分钟，过滤速度5mL/分钟)，获得了滤液18.5L。进一步，将所得的滤液，用蒸发器(东京理化制)蒸发浓缩直到浓缩液变为500mL。关于使用参考例1的方法通过HPLC对所得的糖液的糖浓度进行测定的结果，示于表13中。 [0176] [表13] [0177]组成 葡萄糖 木糖 木二糖 糖浓度 502g/L 6g/L 10g/L [0178] 将实施例7中获得的上述糖液在4℃的冷藏库中静置24小时，结果产生了结晶。取出结晶，用水溶解后，用HPLC进行分析，结果表明了为纯度99％以上的葡萄糖结晶。 [0179] 与后述的比较例4相比虽然葡萄糖浓度低，但只有本方法获得了葡萄糖结晶。判断本发明的糖液在取得可以作为各种工业原料而使用的高纯度的葡萄糖结晶方面是有利的。 [0180] 比较例4：通过比较例1、2的方法获得的糖液的高纯度研究 [0181] 使用在比较例1(静置反应)和比较例2(搅拌反应)的碱添加量90mg/g干生物质、反应时间2小时的条件下获得的各个纤维素固体成分，通过与实施例7同样的方法而获得了糖液。所得的糖液的组成如表14所示。将上述糖液在4℃的冷藏库静置7天，未产生实施例7那样的葡萄糖结晶。 [0182] [表14] [0183] [0184] 实施例8：模拟的相向接触提取的研究 [0185] 制作使底面开有3mm的冲孔并且在其上可以放有生物质的能够自重过滤的丙烯酸筒粘接而成的单元。该单元中，在可以保持90℃的环境的气流式烘箱内将从冲孔获得的滤液从丙烯酸筒上加入而可以再过滤。使用本体系，使用甘蔗渣100g、碱液900g进行了反应。作为反应方法，实施了以下的方法A和方法B。 [0186] 方法A [0187] 使用上述单元，与实施例1同样地操作而在90℃下运转1小时。 [0188] 方法B [0189] 为了模拟再现甘蔗渣与碱液相向接触，准备3系列上述单元(称为单元1、2、3)，在单元1中使用由单元2获得的碱性滤液而与粉碎甘蔗渣反应20分钟，接下来在单元2中使用由单元3获得的碱性滤液而与单元1中处理了20分钟后的纤维素固体成分反应20分钟，接下来在单元3中使0.5％氢氧化钠水溶液与单元2中处理后的纤维素固体成分反应20分钟。 [0190] 关于通过方法A获得的纤维素固体成分、和方法B的单元3中获得的纤维素固体成分，按照与实施例1同样的方法进行酶反应，对糖进行了分析。 [0191] 此外，关于通过方法A获得的碱性滤液、和方法B的单元1的反应后获得的碱性滤液，通过参考例2进行浓度分析。 [0192] 将结果示于表15中。 [0193] 在表15中，方法B的情况下，糖生成量和香豆酸、阿魏酸的生成量增大了。判断通过相向接触而反应效率提高了。 [0194] [表15] [0195] [0196] 实施例9：碱处理生物质的压挤 [0197] 将实施例1中获得的纤维素固体成分用筛孔3mm的不锈钢制篓筐(开口率：40％)进一步进行过滤，用手将残留在篓筐上面的含有纤维素的固体成分对篓筐面按压而进行挤压。将所得的含水率90％的固体成分，进一步使用筛孔2mm的过滤面螺旋压挤机(富国工业制)，进行压挤直到变为含水率60％。 [0198] 对于所得的上述固体成分，与实施例1同样，以干基的固体成分浓度成为5％、pH值成为5.0的方式添加RO水和35％盐酸，制作包含含有纤维素的固体成分的浆液。在所得的浆液500mL中，添加作为ダニスコジャパン株式会社制的酶的アクセルレース·デュエット5mL，将浆料温度维持在50℃并时常进行搅拌而进行24小时反应。 [0199] 使用参考例1的方法将所得的反应液的糖浓度用HPLC进行了测定。关于结果(酶反应经过6小时和24小时后)，示于表16中。与实施例1相比，确认到具有成为更适于酶反应的固体成分的倾向。本实施例中，确认到特别是促进了半纤维素的分解。 [0200] [表16] [0201] [0202] *反应结束时pH值 [0203] 参考例6：碱处理的差异分析 [0204] 为了详细分析实施例1、比较例1和比较例2中糖收量产生差异的原因，详细地测定了按照各实验步骤而获得的含有纤维素的固体成分蓄积部内的糖生成量。具体而言，首先，在碱浓度0.5％、碱反应量90mg/g、反应时间2.0小时的条件下按照各实验步骤进行碱处理。接下来，在实施例1的多功能提取机内、比较例1的10L不锈钢容器内、比较例2的8L反应槽内，从含有纤维素的固体成分蓄积部的“距离上部1cm内”、“中心部”和“距离底部1cm内”分取含有纤维素的固体成分。接下来，将分取的样品用筛孔3mm的不锈钢制篓筐过滤而获得含有纤维素的固体成分(含水率90％)，进行中和反应和酶反应。将结果示于表17中。 [0205] [表17] [0206] [0207] 由表17的结果确认到，比较例1和2在反应槽底部反应充分进行，但越为上部，则碱处理越不进行，在槽内不均大。另一方面，根据实施例1的方法，在槽内没有不均地进行了碱处理。 |
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