木本植物の樹皮の糖化方法
【課題】 木質系バイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースを酵素処理によって糖化する際に、エネルギーが少なく、中和工程が必要でない、簡便な前処理方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 木本植物の樹皮を切断し、加熱・加圧下において二酸化炭素溶解水で前処理し、次いで、酵素により糖化する木本植物の樹皮の糖化方法。この方法において、前処理温度は１００〜２００℃、前処理の時間は５分〜２時間が好ましく、木本植物がユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属の樹木であることが好ましい。
【解決手段】 木本植物の樹皮を切断し、加熱・加圧下において二酸化炭素溶解水で前処理し、次いで、酵素により糖化する木本植物の樹皮の糖化方法。この方法において、前処理温度は１００〜２００℃、前処理の時間は５分〜２時間が好ましく、木本植物がユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属の樹木であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木本植物の樹皮の糖化方法に関し、特には、二酸化炭素溶解水による樹皮の前処理工程を有する樹皮の酵素糖化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を抑制するための二酸化炭素排出削減策の一つとして、バイオマスをエネルギーに転換して得られるバイオエネルギー開発が行われている。バイオマス転換の方法としては、多数の著書（非特許文献１〜４）に示されているように、熱分解、ガス化、嫌気性発酵などが広く行なわれているが、その中でも、バイオマスに含まれる糖質を発酵させることによりエタノールを得る方法が広く研究されている。エタノールは液体燃料として、特に輸送用燃料として利用することが可能であり、既にアメリカやブラジルではトウモロコシやサトウキビから得られるデンプンや砂糖を原料としてバイオエタノールを製造するプロセスが実用化されている。これらの原料で本来、食用として生産されたはずのトウモロコシやサトウキビなどがバイオエタノール原料として流用されることによる問題が指摘されている。そこで、食料とは競合しない未利用バイオマスを原料としたバイオエタノール生産が求められている。
【０００３】
未利用バイオマスとしては稲ワラやバガスなどの草本系バイオマスと林地残材や間伐材などの木質系バイオマスが挙げられる。このうち、稲わらやバガスなどの草本系バイオマスは、一般に単年生であり、年間における入手可能な期間が短く、単位体積当たりの質量（以下、容積重）が低い（１５０〜３００ｋｇ／ｍ３）。一方、木質系バイオマスは、一般に多年生であるため、通年で入手可能であり、容積重が高い（３００ｋｇ／ｍ３を越える）。
そして、草本系バイオマスでは短期間で排出される原料をストックするヤードが必要であるのに対し、木質系バイオマスではこのような心配が無く、さらに容積重が高いために原料の輸送コストも低く抑えることが出来ると考えられる。
【０００４】
近年、パルプ材や建材利用を目的とした事業植林が活発に行われており、国内企業が行う海外植林面積をとっても４０万ｈａに達するとも言われている。このうち、大多数を占めるのがパルプ材として植栽されているユーカリである。ユーカリは成長が早く、１０年程度で伐採が可能となることから、既に伐採、チップ化を経て国内でのパルプ製造が行われている。しかし、地上部総質量の約１０〜２０％を占める樹皮は、ほとんどが林地もしくはチップ工場で剥離された後、有効利用されていないのが現状である。
【０００５】
樹木の中で樹皮は、細胞分裂が活発な形成層の外側に形成され、栄養素の運搬、デンプンなどの貯蔵を行う内樹皮と、病気や害虫などの外的損傷からの防御を行う外樹皮に分けられる。構成する細胞は、師部繊維、師部柔細胞、師細胞であり、それぞれが円周方向に並ぶ細胞群を構成している。師部繊維は一次壁と二次壁で構成され、細胞壁はセルロースが主たる構成要素である。師細胞や師部柔細胞は内樹皮では未木化の一次壁で構成され、貯蔵デンプンを保持することもあるが、外樹皮ではデンプンは観察されない。ユーカリにおいて、外樹皮の厚みは数ｍｍ程度であるのに対し、内樹皮は２０ｍｍ以上に肥大する。さらに、内樹皮ではリグニン含量が１０％程度と少なく、そのほとんどが師部繊維に存在する。
【０００６】
木質系バイオマスのバイオエタノールへの転換方法としては、多数の著書（非特許文献１、非特許分文献２、非特許分文献３）に示されているように、様々な方法が研究されてきているが、その中でも、酸糖化法又は酵素糖化法により単糖化した後、発酵によりエタノールを得る方法が広く研究されている。
酸糖化法は、硫酸などの無機酸によって木質バイオマスを加水分解して糖を得る方法であり、その濃度によって、希酸法と濃酸法が提案されている（特許文献１及び２）。希酸法では、温度、圧力がともに高く、添加した酸により装置が腐食してしまう。さらに、生成した糖類と酸を分離するのが困難で経済的に有効な酸回収方法がない等の問題がある。また、濃酸法は、比較的に温度及び圧力が低いため、安価な反応装置材料が利用でき、グルコースの収率も高い。しかし、希酸法と同様に、生成した糖類から経済的に有効な酸の分離・回収法がないため、多量の廃酸が発生するという問題がある。
【０００７】
酵素糖化法は、リグノセルロースをセルラーゼやヘミセルラーゼ等の酵素によって糖化する方法であり、酸糖化法よりも穏和な条件で糖化が可能であることから、装置材質の制限がなく、排出物の処理も簡便である。しかし、リグノセルロース中のセルロースはリグニン及びヘミセルロースによって覆われており、酵素が容易にセルロースへの接触できないため糖化率が低いのが一般的である。そこで、酵素糖化率向上のために微粉砕処理、加圧熱水処理、蒸煮・爆砕処理などの物理的前処理と、酸やアルカリなどの薬品による化学的前処理が主に研究されている。
【０００８】
これらの前処理のうち、微粉砕処理は、微粉砕化によってセルロースを覆っているリグニンやヘミセルロースの一部を剥離させ、酵素がセルロースに接触させる頻度を上げることによって、糖化を促進させることを目的とした前処理方法である（例えば、特許文献３参照）。
加圧熱水処理は、例えば、特許文献４に記載されているように、ヘミセルロースを溶解し、セルロースの酵素処理を容易にするものであり、また、特許文献５のように、更に機械的処理を併用する場合もある。
また、バイオマスを高温高圧処理後、瞬時に大気圧又はその付近の低温低圧条件下に放出する蒸煮・爆砕処理方法では、セルロースを覆っているリグニンとヘミセルロースに亀裂を生じさせることによって、酵素がセルロースに接触可能となる（例えば、特許文献６参照）。
【０００９】
化学的前処理としては、セルロースを覆っているリグニンやヘミセルロースを軟化もしくは溶解させることによって除去し、セルロースを表面に露出させることによって酵素糖化を可能とする前処理であり、例えば、アルカリ剤を用いる特許文献７などがある。セルラーゼやヘミセルラーゼなどの多糖分解酵素は、中性から弱酸性領域で処理する必要があるため、特に化学的前処理では、糖化工程において薬品の除去もしくはｐＨを調整する工程が必要となる場合がある。
【００１０】
さらに改良された方法として、以下のような技術も提案されている。
（１）１ｍｍ以下に微粉化した原料を、タングステン酸触媒を含有する過酸化水素水で８０〜９０℃、２．５時間処理することによってリグニンを除去した後、残渣に対し酵素糖化を行い、糖を得る方法。（特許文献８）
（２）重曹溶液に長時間浸漬させた後、加熱処理を行うことによってリグニンとヘミセルロースを除去する方法。（特許文献９）
【００１１】
前記した酵素糖化法又は酸糖化法以外の方法として、特許文献１０のように、二酸化炭素を加圧含有させ、圧力５〜１００ＭＰａ、温度１４０〜３００℃の熱水中で水熱反応を行うことによって直接糖を得る方法も知られている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−７５００７号公報
【特許文献２】特開２００６−２４６７１１号公報
【特許文献３】特開平２−１５６８９４号公報
【特許文献４】特開２００５−１６８３３５号公報
【特許文献５】特開２００６−１３６２６３号公報
【特許文献６】特公平７−１２１９６３号公報
【特許文献７】特開昭５９−１９２０９３号公報
【特許文献８】特開２００６−１４９３４３号公報
【特許文献９】特開２００７−２８２５９７号公報
【特許文献１０】再公表特許２００５−０４９８６９号公報
【非特許文献１】日本木材学会編「木質バイオマスの利用技術」ｐ１９〜６１、文永堂出版、１９９７年７月発行
【非特許文献２】湯川英明ら「バイオマスエネルギー利用の最新技術」各論編ＩＩ−１章、ＣＭＣ出版、２００１年８月発行
【非特許文献３】飯塚尭介ら「ウッドケミカルスの最新技術」ｐ６〜３４、ＣＭＣ出版、２００１年１０月発行
【非特許文献４】船岡ら「木質系有機資源の新展開」第５章−２、ＣＭＣ出版、２００５年１月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
木質系バイオマスを原料として酵素による糖化を行うためには、物理的前処理では、多量のエネルギーを投入する必要があり、化学的前処理では酵素反応を行うために中和工程が必要となる。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、木質系バイオマスの中でも、高付加価値製品用の原料物質として利用されることのなかった樹皮に含まれるセルロース及びヘミセルロースを酵素処理によって糖化することを可能ならしめる簡便な前処理工程を含む樹皮の糖化方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、木本植物のうち、特に樹皮に着目し、樹皮に対して、二酸化炭素を溶解した熱水中に高圧で所定時間浸漬するという前処理を行うことによって、酵素糖化が極めて容易になることを見いだした。本発明の方法は、以下の技術的手段から選択される手段を採用して構成されている。
【００１５】
（１）木本植物の樹皮を切断し、加熱・加圧下において二酸化炭素溶解水に浸漬して樹皮中のリグニン及びヘミセルロースを溶解する前処理をし、次いで、該前処理済み樹皮を酵素により糖化する。
（２）前記前処理をした樹皮を、前記酵素処理に先立って解繊処理する。
（３）前記前処理が、樹皮中のリグニン、ヘミセルロース及びセルロースの各成分を分離する処理である。
（４）前記前処理が、樹皮中のセルロース成分の実質的な分解が生起することのない処理である。
（５）前記前処理が、前記樹皮を１００℃以上、２５０℃未満、特に１５０〜２００℃の温度で二酸化炭素溶解水に浸漬する処理である。
（６）前記前処理が、前記樹皮を５分〜２時間、特に６０分（１時間）〜１２０分（２時間）の間、二酸化炭素溶解水に浸漬する処理である。
（７）前記前処理が、前記樹皮の乾燥質量に対して、０．２〜３００倍量の二酸化炭素を添加する処理である。
（８）前記処理が０．５〜１０ＭＰａの圧力下で行われる処理である。
（９）木本植物がユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属の樹木である。
（１０）前記ユーカリ属の樹種が、グランディス（ｇｒａｎｄｉｓ）種、グロブラス（ｇｌｏｂｕｌｕｓ）種、ナイテンス（ｎｉｔｅｎｓ）種、カマルドレンシス（ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ）種、デグラプタ（ｄｅｇｌｕｐｔａ）種、ビミナリス（ｖｉｍｉｎａｌｉｓ）種、ユーロフィラ（ｕｒｏｐｈｙｌｌａ）種、ダニアイ（ｄｕｎｎｉｉ）種及びこれらの交雑種に属する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、低濃度の薬品使用により環境負荷が少なく、短時間でかつ少ない投入エネルギーで、豊富な木質系バイオマスである樹皮を酵素によって糖化することが可能な方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
本発明は、木質系バイオマスとして木本植物の樹皮を採用し、切断又は破砕された樹皮を二酸化炭素溶解水に浸漬した状態で加熱・加圧する前処理を行い、前処理された樹皮を酵素糖化するものである。
【００１８】
本発明の方法で使用する木本植物の樹皮は、フトモモ科、マメ科、ヤナギ科など様々な樹木の樹皮が使用可能であるが、パルプ用材として広く植栽されているフトモモ科ユーカリ属の好ましくはグランディス（ｇｒａｎｄｉｓ）種、グロブラス（ｇｌｏｂｕｌｕｓ）種、ナイテンス（ｎｉｔｅｎｓ）種、カマルドレンシス（ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ）種、デグラプタ（ｄｅｇｌｕｐｔａ）種、ビミナリス（ｖｉｍｉｎａｌｉｓ）種、ユーロフィラ（ｕｒｏｐｈｙｌｌａ)種、ダニアイ（ｄｕｎｎｉｉ）種及びこれらの交雑種に属する樹木の樹皮が原材料としても豊富に存在することからも望ましい。
【００１９】
樹木は、細胞分裂が活発な形成層を境界にその内側の木部と外側の樹皮に分けられる。樹皮は、総樹木質量の約１０〜１５％を占め、樹皮は木部と比べてリグニン含量が比較的に低く、可溶性成分を多く含み柔軟である。樹皮は、死んだ組織の外樹皮と生きている組織の内樹皮に分けられる。樹皮は、組織的に大きく、繊維、コルク細胞及び柔細胞を含む微細物質に分画される。繊維画分は、木繊維と化学的に似ており、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる。
しかし、材木用途では使用されず、製紙工程のパルプ化の際にもパルプの品質を低下させるため除去される。そのため、樹皮は枝や根とともに植林地で肥料として土壌に戻されるか、製材工場又はチップ工場で剥皮され焼却されるなど有効利用されていない。
【００２０】
本発明の前処理に供するため、樹皮は切断しておく必要がある。即ち、前処理装置にベルトコンベアやスクリューフィーダーなどの装置で供給できる大きさにする必要があり、また、二酸化炭素溶解水との接触を良好にする必要がある。
切断は、通常のカッターによる切断、又は粉砕機による粗粉砕により行う。カッターとしてはギロチン型、回転刃型のいずれでも良い。ディスク型チッパー、ハンマーミルなどを用いても良い。大きさとしては、概ね１〜２０ｍｍ程度にすれば良い。
【００２１】
前処理は、加熱・加圧下で行うため、前処理装置として耐圧密閉容器が必要である。この装置は、オートクレーブのようなバッチ方式であっても良いし、パルプ製造用の連続蒸解釜のような連続供給方式であっても良い。処理系内の温度は８０℃以上、２５０℃未満であり、好ましくは、１５０〜２００℃である。後述する処理時間との関係があるが、温度は２００℃以下が好ましい。
温度を上げることにより樹皮が軟化するとともに、二酸化炭素溶解水が組織内に浸透し、リグニンやヘミセルロースの溶解が早まるものと推定される。しかし、温度を上げ過ぎると、糖の分解が起こり、糖収率が低下するため、２５０℃以上は好ましくない。
【００２２】
前処理装置内に二酸化炭素を供給する手段としては、ガスボンベやコンプレッサーなどの系外装置から配管により系内に加圧二酸化炭素を供給する方式が好ましいが、バッチ方式であれば、ドライアイスを予め水と共に系内に配置し、密閉してから加熱することも可能である。ドライアイスを用いる場合には、樹皮の乾燥質量に対してドライアイスを０．２〜３００倍量使用することが好ましい。０．２倍未満では、二酸化炭素溶解水による前処理効果、即ち、樹皮の軟化及びリグニンやヘミセルロースの溶解が不十分である。また、３００倍を越えてドライアイスを使用すると、系内の圧力が高くなり過ぎる危険がある。
ガスボンベによる二酸化炭素供給、あるいはドライアイスによる二酸化炭素供給のいずれの場合でも、系内の圧力は０．５〜１０ＭＰａに設定する。０．５ＭＰａ未満では、二酸化炭素溶解水を樹皮に浸透させる効果が低く、前処理効果が充分でない可能性がある。また、１０ＭＰａを越える圧力としても、効果は頭打ちで、装置に対する負担が大きくなり過ぎる。
【００２３】
乾燥樹皮１質量部に対する水の量比は１〜１０質量部の範囲で選択できる。水（二酸化炭素溶解水）の量比が高いと、加熱に必要なエネルギーが増加するためコストがかかる。処理後に固形分を分取した残りの液分を廃液として処理する場合には、水（溶液）の量比が高いほど処理費用が増加する。
【００２４】
前処理時間は５分から１２０分（２時間）の範囲で選択される。５分未満では二酸化炭素溶解水によるリグニンやヘミセルロースの溶解が充分でなく、１２０分（２時間）を越えて続けても効果は頭打ちとなりエネルギーのロスとなるか、前処理温度が高い場合は逆に効果は低下する傾向がある。前述したように、適切な時間は温度により異なり、採用可能な温度の範囲内で高温であるほど、処理時間は短くする必要があるが、安定した結果を得ることができることから、一般的には、６０分〜１２０分（１時間〜２時間）の範囲が好ましい。
【００２５】
二酸化炭素溶解水により前処理された樹皮は、密閉容器を開放することにより二酸化炭素を放出し、そのまま酵素糖化反応に供することができる。
しかし、密閉容器の開放により二酸化炭素を放出した後、機械によって解繊処理を施したものを糖化反応に供することが好ましい。解繊処理に用いる機械は樹皮が解繊できれば特に限定されないが離解機、リファイナー、破砕機などが使用できる。粒径は特に限定されない。
【００２６】
酵素反応工程で使用する酵素としては、セルラーゼが含まれていれば市販の酵素を特に制限なく利用することが可能である。また、ヘミセルラーゼが含まれていることがより好ましい。
糖化反応に使用するセルロース分解酵素は、セロビオヒドロラーゼ活性、エンドグルカナーゼ活性、ベータグルコシダーゼ活性を有する、所謂セルラーゼと総称される酵素である。
【００２７】
糖化反応工程で使用できるもう一つの酵素であるヘミセルロース分解酵素は、キシラン分解酵素、マンナン分解酵素、ペクチン分解酵素、アラビナン分解酵素などの一連のヘミセルロース分解酵素のうちから選ばれる少なくとも一つの酵素である。
セルロース分解酵素とヘミセルロース分解酵素は、夫々を適宜の量で添加しても良いが、市販されているセルラーゼ製剤には、上記した各種のセルラーゼ活性を有すると同時に、ヘミセルラーゼ活性も有しているものが多く、市販のセルラーゼ製剤を用いれば良い。
【００２８】
市販のセルラーゼ製剤としては、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属、アクレモニウム属（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、ファネロケエテ（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ）属、トラメテス属（Ｔｒａｍｅｔｅｓ）、フーミコラ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属などに由来するセルラーゼ製剤がある。このようなセルラーゼ製剤は、実験試薬や工業製品として購入可能である。例えば、商品名で、セルロイシンＴ２（エイチピィアイ社製）、メイセラーゼ（明治製菓社製）、ノボザイム１８８（ノボザイム社製）、マルティフェクトＣＸ１０Ｌ（ジェネンコア社製）、セルラーゼＧＣ２２０（ジェネンコア社製）等が挙げられる。
原料固形分１００質量部に対するセルラーゼ製剤の使用量は、０．５〜１００質量部が好ましく、１〜５０質量部が特に好ましい。
【００２９】
反応条件はｐＨが４〜７が好ましい。温度は２５〜５０℃が好ましく、３０〜４０℃がさらに好ましい。
糖化反応時間は、酵素濃度によっても異なるが、バッチ式の場合は１０〜２４０時間、さらに好ましくは１５〜１６０時間である。連続式の場合も、平均滞留時間が、１０〜１５０時間、さらに好ましくは１５〜１００時間である。糖化反応は、連続式が好ましいが、バッチ方式でも良い。
【実施例】
【００３０】
次に、実験例１〜８により本発明の方法をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実験例によって限定されるものではない。以下に示す実験例において、％は、特に断りがない限りは全ての質量によるものである。また、糖量としては、イオンクロマトグラフィー法によって全糖量を算出した。
【００３１】
実験例１（比較例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を約１ｍｍ角に切断し、試料として用いた。
１５ｍｌ容のステンレス耐圧容器に、絶乾質量で５０ｍｇ相当の上記試料と水０．２ｍｌを投入した後に密栓し、予め２００℃に設定したオーブンに投入することにより６０分（１時間）加熱加圧処理による前処理を施した。
１時間の加熱加圧処理後、５ｍｌのクエン酸−リン酸バッファー（濃度１００ｍＭ、ｐＨ５．０）に、トリコデルマ・リーセイに由来するセルラーゼ（シグマ社製）１０．４ｍｇ、アスペルギウス・ニガーに由来するペクチナーゼ（シグマ社製）０．１ｍｇ、アスペルギウス・オリザに由来するアミラーゼ（シグマ社製）１．３ｍｇを添加した条件下で、３７℃、２４時間の酵素糖化処理を行い、処理後の糖化液の糖量を測定し、以下の式によって、糖収率を算出した。
糖収率（％）＝（糖化液中の糖量／サンプル絶乾質量）×１００
糖収率を算出したところ処理前樹皮の１６．０％相当の糖を得ることができた。本試料を７０％硫酸、２０℃、１８時間処理により糖を抽出した場合、処理前樹皮の４６．５％に相当する糖を得ることができることから、糖回収率としては３４．４％と計算される。
【００３２】
実験例２（比較例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を約１ｍｍ角に切断し、実験例１における前処理を施さずに実験例１と同様の糖化処理を行った。糖収率を算出したところ処理前樹皮の９．７％相当の糖を得ることができた。糖回収率としては２０．９％と計算される。
【００３３】
実験例３（実施例）
実験例１と同様、ユーカリ・グロブラスの樹皮を約１ｍｍ角に切断して試料として、試料投入の際に１．５ｇのドライアイスも同時に混合し、処理温度２００℃、処理時間６０分（１時間）の前処理を行い、その後、酵素糖化処理を行った。耐熱容器内の圧力測定値は６．３ＭＰａであった。糖収率を算出したところ、処理前樹皮の４５．７％に相当する糖を得ることができた。糖回収率としては９８．２％と計算される。
実験例１及び実験例２と実験例３の結果は、樹皮を、二酸化炭素溶解水に浸漬して加熱・加圧下に前処理することが、酵素糖化反応効率のよい原料を調製できる手段であることを示している。
【００３４】
実験例４（実施例）、実験例５（参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例３と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して温度２００℃で前処理を行った。ただし、操作条件として、前処理時間を１２０分（２時間）としたものを実験例４とし、前処理時間が２４０分（４時間）としたものを実験例５とした。結果を表１に示す。前処理温度を２００℃とした前記実験例３と、実験例４及び実験例５の各結果は、前処理反応時間は１２０分（２時間）以下が良好であり、２４０分（４時間）のように前処理時間が長くなると糖収率、糖回収率が共に顕著に減少する傾向があることを示している。
【００３５】
実験例６（実施例）、実験例７（実施例）、実験例８（参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例４と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して処理時間を１２０分（２時間）として前処理を行った。ただし、操作条件として、前処理温度を１５０℃としたものを実験例６とし、１７５℃としたものを実験例７とし、２５０℃としたものを実験例８とした。結果を表１に示す。処理時間を１２０分（２時間）とした実験例４と、実験例６〜実験例８の各結果は、前処理温度は１５０℃以上、２００℃以下が有効であり、２００℃を越えて２５０℃のように温度が高くなると糖収率、糖回収率が共に顕著に減少する傾向があることを示している。
【００３６】
実験例９（実施例又は参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例４と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して処理時間を１２０分（２時間）として前処理を行った。ただし、処理温度を１００℃とした。結果を表１に示す。処理時間を１２０分（２時間）、処理温度を１５０℃とした前記実験例６よりも前処理効果は低下していた。
処理時間を１２０分として、処理温度を２００℃とした実験例４、処理温度を１７５℃とした実験例７、処理温度を１５０℃とした実験例６の各結果は、前処理温度が２００℃より下がるに従って前処理効果が低下する傾向があることを示している。
【００３７】
実験例１０（実施例又は参考例）、実験例１１（実施例又は参考例）、実験例１２（参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例４と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して処理温度を２００℃として前処理を行った。ただし、処理時間を１０分としたものを実験例１０とし、処理時間を１分としたものを実験例１１とした。結果を表１に示す。処理時間が２４０分である前記実験例５の結果と、処理時間が１２０分である実験例４の結果は、処理時間が１２０分を越えて長くなるに従って前処理効果が低下する傾向にあることを示している。
また、処理時間が６０分とした実験例３と、処理時間を１０分とした実験例１０と、処理時間を１分とした実験例１１の各結果は、処理時間が６０分よりも短くなるに従って前処理効果は低下する傾向にあることを示している。
【００３８】
【表１】
【００３９】
上記各実験結果は、木質植物の樹皮をバイオマスとして糖化反応を行う場合、樹皮を一定の加熱温度と処理時間により、加圧条件下で二酸化炭素溶解水中に浸漬処理するという前処理を施すことが、樹皮の酵素糖化反応を効率的に行うことを可能ならしめるための有効な手段であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、そのほとんどが植林地もしくは製材工場やチップ工場で剥離された後は、植林地の肥料として土壌に還元されるか又は燃料として消費されるだけで、高付加価値製品の製造原料として利用されていないのが現状である、樹木の地上部総質量の約１０〜２０％を占める樹皮を効率的に糖化することができる方法が提供されるので、近年、トウモロコシやサトウキビなどがバイオエタノール原料として流用されることによる問題が指摘されている中で、食料とは競合しない未利用バイオマスを原料としたバイオエタノール生産を可能とする技術としても期待されるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木本植物の樹皮の糖化方法に関し、特には、二酸化炭素溶解水による樹皮の前処理工程を有する樹皮の酵素糖化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を抑制するための二酸化炭素排出削減策の一つとして、バイオマスをエネルギーに転換して得られるバイオエネルギー開発が行われている。バイオマス転換の方法としては、多数の著書（非特許文献１〜４）に示されているように、熱分解、ガス化、嫌気性発酵などが広く行なわれているが、その中でも、バイオマスに含まれる糖質を発酵させることによりエタノールを得る方法が広く研究されている。エタノールは液体燃料として、特に輸送用燃料として利用することが可能であり、既にアメリカやブラジルではトウモロコシやサトウキビから得られるデンプンや砂糖を原料としてバイオエタノールを製造するプロセスが実用化されている。これらの原料で本来、食用として生産されたはずのトウモロコシやサトウキビなどがバイオエタノール原料として流用されることによる問題が指摘されている。そこで、食料とは競合しない未利用バイオマスを原料としたバイオエタノール生産が求められている。
【０００３】
未利用バイオマスとしては稲ワラやバガスなどの草本系バイオマスと林地残材や間伐材などの木質系バイオマスが挙げられる。このうち、稲わらやバガスなどの草本系バイオマスは、一般に単年生であり、年間における入手可能な期間が短く、単位体積当たりの質量（以下、容積重）が低い（１５０〜３００ｋｇ／ｍ３）。一方、木質系バイオマスは、一般に多年生であるため、通年で入手可能であり、容積重が高い（３００ｋｇ／ｍ３を越える）。
そして、草本系バイオマスでは短期間で排出される原料をストックするヤードが必要であるのに対し、木質系バイオマスではこのような心配が無く、さらに容積重が高いために原料の輸送コストも低く抑えることが出来ると考えられる。
【０００４】
近年、パルプ材や建材利用を目的とした事業植林が活発に行われており、国内企業が行う海外植林面積をとっても４０万ｈａに達するとも言われている。このうち、大多数を占めるのがパルプ材として植栽されているユーカリである。ユーカリは成長が早く、１０年程度で伐採が可能となることから、既に伐採、チップ化を経て国内でのパルプ製造が行われている。しかし、地上部総質量の約１０〜２０％を占める樹皮は、ほとんどが林地もしくはチップ工場で剥離された後、有効利用されていないのが現状である。
【０００５】
樹木の中で樹皮は、細胞分裂が活発な形成層の外側に形成され、栄養素の運搬、デンプンなどの貯蔵を行う内樹皮と、病気や害虫などの外的損傷からの防御を行う外樹皮に分けられる。構成する細胞は、師部繊維、師部柔細胞、師細胞であり、それぞれが円周方向に並ぶ細胞群を構成している。師部繊維は一次壁と二次壁で構成され、細胞壁はセルロースが主たる構成要素である。師細胞や師部柔細胞は内樹皮では未木化の一次壁で構成され、貯蔵デンプンを保持することもあるが、外樹皮ではデンプンは観察されない。ユーカリにおいて、外樹皮の厚みは数ｍｍ程度であるのに対し、内樹皮は２０ｍｍ以上に肥大する。さらに、内樹皮ではリグニン含量が１０％程度と少なく、そのほとんどが師部繊維に存在する。
【０００６】
木質系バイオマスのバイオエタノールへの転換方法としては、多数の著書（非特許文献１、非特許分文献２、非特許分文献３）に示されているように、様々な方法が研究されてきているが、その中でも、酸糖化法又は酵素糖化法により単糖化した後、発酵によりエタノールを得る方法が広く研究されている。
酸糖化法は、硫酸などの無機酸によって木質バイオマスを加水分解して糖を得る方法であり、その濃度によって、希酸法と濃酸法が提案されている（特許文献１及び２）。希酸法では、温度、圧力がともに高く、添加した酸により装置が腐食してしまう。さらに、生成した糖類と酸を分離するのが困難で経済的に有効な酸回収方法がない等の問題がある。また、濃酸法は、比較的に温度及び圧力が低いため、安価な反応装置材料が利用でき、グルコースの収率も高い。しかし、希酸法と同様に、生成した糖類から経済的に有効な酸の分離・回収法がないため、多量の廃酸が発生するという問題がある。
【０００７】
酵素糖化法は、リグノセルロースをセルラーゼやヘミセルラーゼ等の酵素によって糖化する方法であり、酸糖化法よりも穏和な条件で糖化が可能であることから、装置材質の制限がなく、排出物の処理も簡便である。しかし、リグノセルロース中のセルロースはリグニン及びヘミセルロースによって覆われており、酵素が容易にセルロースへの接触できないため糖化率が低いのが一般的である。そこで、酵素糖化率向上のために微粉砕処理、加圧熱水処理、蒸煮・爆砕処理などの物理的前処理と、酸やアルカリなどの薬品による化学的前処理が主に研究されている。
【０００８】
これらの前処理のうち、微粉砕処理は、微粉砕化によってセルロースを覆っているリグニンやヘミセルロースの一部を剥離させ、酵素がセルロースに接触させる頻度を上げることによって、糖化を促進させることを目的とした前処理方法である（例えば、特許文献３参照）。
加圧熱水処理は、例えば、特許文献４に記載されているように、ヘミセルロースを溶解し、セルロースの酵素処理を容易にするものであり、また、特許文献５のように、更に機械的処理を併用する場合もある。
また、バイオマスを高温高圧処理後、瞬時に大気圧又はその付近の低温低圧条件下に放出する蒸煮・爆砕処理方法では、セルロースを覆っているリグニンとヘミセルロースに亀裂を生じさせることによって、酵素がセルロースに接触可能となる（例えば、特許文献６参照）。
【０００９】
化学的前処理としては、セルロースを覆っているリグニンやヘミセルロースを軟化もしくは溶解させることによって除去し、セルロースを表面に露出させることによって酵素糖化を可能とする前処理であり、例えば、アルカリ剤を用いる特許文献７などがある。セルラーゼやヘミセルラーゼなどの多糖分解酵素は、中性から弱酸性領域で処理する必要があるため、特に化学的前処理では、糖化工程において薬品の除去もしくはｐＨを調整する工程が必要となる場合がある。
【００１０】
さらに改良された方法として、以下のような技術も提案されている。
（１）１ｍｍ以下に微粉化した原料を、タングステン酸触媒を含有する過酸化水素水で８０〜９０℃、２．５時間処理することによってリグニンを除去した後、残渣に対し酵素糖化を行い、糖を得る方法。（特許文献８）
（２）重曹溶液に長時間浸漬させた後、加熱処理を行うことによってリグニンとヘミセルロースを除去する方法。（特許文献９）
【００１１】
前記した酵素糖化法又は酸糖化法以外の方法として、特許文献１０のように、二酸化炭素を加圧含有させ、圧力５〜１００ＭＰａ、温度１４０〜３００℃の熱水中で水熱反応を行うことによって直接糖を得る方法も知られている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−７５００７号公報
【特許文献２】特開２００６−２４６７１１号公報
【特許文献３】特開平２−１５６８９４号公報
【特許文献４】特開２００５−１６８３３５号公報
【特許文献５】特開２００６−１３６２６３号公報
【特許文献６】特公平７−１２１９６３号公報
【特許文献７】特開昭５９−１９２０９３号公報
【特許文献８】特開２００６−１４９３４３号公報
【特許文献９】特開２００７−２８２５９７号公報
【特許文献１０】再公表特許２００５−０４９８６９号公報
【非特許文献１】日本木材学会編「木質バイオマスの利用技術」ｐ１９〜６１、文永堂出版、１９９７年７月発行
【非特許文献２】湯川英明ら「バイオマスエネルギー利用の最新技術」各論編ＩＩ−１章、ＣＭＣ出版、２００１年８月発行
【非特許文献３】飯塚尭介ら「ウッドケミカルスの最新技術」ｐ６〜３４、ＣＭＣ出版、２００１年１０月発行
【非特許文献４】船岡ら「木質系有機資源の新展開」第５章−２、ＣＭＣ出版、２００５年１月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
木質系バイオマスを原料として酵素による糖化を行うためには、物理的前処理では、多量のエネルギーを投入する必要があり、化学的前処理では酵素反応を行うために中和工程が必要となる。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、木質系バイオマスの中でも、高付加価値製品用の原料物質として利用されることのなかった樹皮に含まれるセルロース及びヘミセルロースを酵素処理によって糖化することを可能ならしめる簡便な前処理工程を含む樹皮の糖化方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、木本植物のうち、特に樹皮に着目し、樹皮に対して、二酸化炭素を溶解した熱水中に高圧で所定時間浸漬するという前処理を行うことによって、酵素糖化が極めて容易になることを見いだした。本発明の方法は、以下の技術的手段から選択される手段を採用して構成されている。
【００１５】
（１）木本植物の樹皮を切断し、加熱・加圧下において二酸化炭素溶解水に浸漬して樹皮中のリグニン及びヘミセルロースを溶解する前処理をし、次いで、該前処理済み樹皮を酵素により糖化する。
（２）前記前処理をした樹皮を、前記酵素処理に先立って解繊処理する。
（３）前記前処理が、樹皮中のリグニン、ヘミセルロース及びセルロースの各成分を分離する処理である。
（４）前記前処理が、樹皮中のセルロース成分の実質的な分解が生起することのない処理である。
（５）前記前処理が、前記樹皮を１００℃以上、２５０℃未満、特に１５０〜２００℃の温度で二酸化炭素溶解水に浸漬する処理である。
（６）前記前処理が、前記樹皮を５分〜２時間、特に６０分（１時間）〜１２０分（２時間）の間、二酸化炭素溶解水に浸漬する処理である。
（７）前記前処理が、前記樹皮の乾燥質量に対して、０．２〜３００倍量の二酸化炭素を添加する処理である。
（８）前記処理が０．５〜１０ＭＰａの圧力下で行われる処理である。
（９）木本植物がユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属の樹木である。
（１０）前記ユーカリ属の樹種が、グランディス（ｇｒａｎｄｉｓ）種、グロブラス（ｇｌｏｂｕｌｕｓ）種、ナイテンス（ｎｉｔｅｎｓ）種、カマルドレンシス（ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ）種、デグラプタ（ｄｅｇｌｕｐｔａ）種、ビミナリス（ｖｉｍｉｎａｌｉｓ）種、ユーロフィラ（ｕｒｏｐｈｙｌｌａ）種、ダニアイ（ｄｕｎｎｉｉ）種及びこれらの交雑種に属する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、低濃度の薬品使用により環境負荷が少なく、短時間でかつ少ない投入エネルギーで、豊富な木質系バイオマスである樹皮を酵素によって糖化することが可能な方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
本発明は、木質系バイオマスとして木本植物の樹皮を採用し、切断又は破砕された樹皮を二酸化炭素溶解水に浸漬した状態で加熱・加圧する前処理を行い、前処理された樹皮を酵素糖化するものである。
【００１８】
本発明の方法で使用する木本植物の樹皮は、フトモモ科、マメ科、ヤナギ科など様々な樹木の樹皮が使用可能であるが、パルプ用材として広く植栽されているフトモモ科ユーカリ属の好ましくはグランディス（ｇｒａｎｄｉｓ）種、グロブラス（ｇｌｏｂｕｌｕｓ）種、ナイテンス（ｎｉｔｅｎｓ）種、カマルドレンシス（ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ）種、デグラプタ（ｄｅｇｌｕｐｔａ）種、ビミナリス（ｖｉｍｉｎａｌｉｓ）種、ユーロフィラ（ｕｒｏｐｈｙｌｌａ)種、ダニアイ（ｄｕｎｎｉｉ）種及びこれらの交雑種に属する樹木の樹皮が原材料としても豊富に存在することからも望ましい。
【００１９】
樹木は、細胞分裂が活発な形成層を境界にその内側の木部と外側の樹皮に分けられる。樹皮は、総樹木質量の約１０〜１５％を占め、樹皮は木部と比べてリグニン含量が比較的に低く、可溶性成分を多く含み柔軟である。樹皮は、死んだ組織の外樹皮と生きている組織の内樹皮に分けられる。樹皮は、組織的に大きく、繊維、コルク細胞及び柔細胞を含む微細物質に分画される。繊維画分は、木繊維と化学的に似ており、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる。
しかし、材木用途では使用されず、製紙工程のパルプ化の際にもパルプの品質を低下させるため除去される。そのため、樹皮は枝や根とともに植林地で肥料として土壌に戻されるか、製材工場又はチップ工場で剥皮され焼却されるなど有効利用されていない。
【００２０】
本発明の前処理に供するため、樹皮は切断しておく必要がある。即ち、前処理装置にベルトコンベアやスクリューフィーダーなどの装置で供給できる大きさにする必要があり、また、二酸化炭素溶解水との接触を良好にする必要がある。
切断は、通常のカッターによる切断、又は粉砕機による粗粉砕により行う。カッターとしてはギロチン型、回転刃型のいずれでも良い。ディスク型チッパー、ハンマーミルなどを用いても良い。大きさとしては、概ね１〜２０ｍｍ程度にすれば良い。
【００２１】
前処理は、加熱・加圧下で行うため、前処理装置として耐圧密閉容器が必要である。この装置は、オートクレーブのようなバッチ方式であっても良いし、パルプ製造用の連続蒸解釜のような連続供給方式であっても良い。処理系内の温度は８０℃以上、２５０℃未満であり、好ましくは、１５０〜２００℃である。後述する処理時間との関係があるが、温度は２００℃以下が好ましい。
温度を上げることにより樹皮が軟化するとともに、二酸化炭素溶解水が組織内に浸透し、リグニンやヘミセルロースの溶解が早まるものと推定される。しかし、温度を上げ過ぎると、糖の分解が起こり、糖収率が低下するため、２５０℃以上は好ましくない。
【００２２】
前処理装置内に二酸化炭素を供給する手段としては、ガスボンベやコンプレッサーなどの系外装置から配管により系内に加圧二酸化炭素を供給する方式が好ましいが、バッチ方式であれば、ドライアイスを予め水と共に系内に配置し、密閉してから加熱することも可能である。ドライアイスを用いる場合には、樹皮の乾燥質量に対してドライアイスを０．２〜３００倍量使用することが好ましい。０．２倍未満では、二酸化炭素溶解水による前処理効果、即ち、樹皮の軟化及びリグニンやヘミセルロースの溶解が不十分である。また、３００倍を越えてドライアイスを使用すると、系内の圧力が高くなり過ぎる危険がある。
ガスボンベによる二酸化炭素供給、あるいはドライアイスによる二酸化炭素供給のいずれの場合でも、系内の圧力は０．５〜１０ＭＰａに設定する。０．５ＭＰａ未満では、二酸化炭素溶解水を樹皮に浸透させる効果が低く、前処理効果が充分でない可能性がある。また、１０ＭＰａを越える圧力としても、効果は頭打ちで、装置に対する負担が大きくなり過ぎる。
【００２３】
乾燥樹皮１質量部に対する水の量比は１〜１０質量部の範囲で選択できる。水（二酸化炭素溶解水）の量比が高いと、加熱に必要なエネルギーが増加するためコストがかかる。処理後に固形分を分取した残りの液分を廃液として処理する場合には、水（溶液）の量比が高いほど処理費用が増加する。
【００２４】
前処理時間は５分から１２０分（２時間）の範囲で選択される。５分未満では二酸化炭素溶解水によるリグニンやヘミセルロースの溶解が充分でなく、１２０分（２時間）を越えて続けても効果は頭打ちとなりエネルギーのロスとなるか、前処理温度が高い場合は逆に効果は低下する傾向がある。前述したように、適切な時間は温度により異なり、採用可能な温度の範囲内で高温であるほど、処理時間は短くする必要があるが、安定した結果を得ることができることから、一般的には、６０分〜１２０分（１時間〜２時間）の範囲が好ましい。
【００２５】
二酸化炭素溶解水により前処理された樹皮は、密閉容器を開放することにより二酸化炭素を放出し、そのまま酵素糖化反応に供することができる。
しかし、密閉容器の開放により二酸化炭素を放出した後、機械によって解繊処理を施したものを糖化反応に供することが好ましい。解繊処理に用いる機械は樹皮が解繊できれば特に限定されないが離解機、リファイナー、破砕機などが使用できる。粒径は特に限定されない。
【００２６】
酵素反応工程で使用する酵素としては、セルラーゼが含まれていれば市販の酵素を特に制限なく利用することが可能である。また、ヘミセルラーゼが含まれていることがより好ましい。
糖化反応に使用するセルロース分解酵素は、セロビオヒドロラーゼ活性、エンドグルカナーゼ活性、ベータグルコシダーゼ活性を有する、所謂セルラーゼと総称される酵素である。
【００２７】
糖化反応工程で使用できるもう一つの酵素であるヘミセルロース分解酵素は、キシラン分解酵素、マンナン分解酵素、ペクチン分解酵素、アラビナン分解酵素などの一連のヘミセルロース分解酵素のうちから選ばれる少なくとも一つの酵素である。
セルロース分解酵素とヘミセルロース分解酵素は、夫々を適宜の量で添加しても良いが、市販されているセルラーゼ製剤には、上記した各種のセルラーゼ活性を有すると同時に、ヘミセルラーゼ活性も有しているものが多く、市販のセルラーゼ製剤を用いれば良い。
【００２８】
市販のセルラーゼ製剤としては、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属、アクレモニウム属（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、ファネロケエテ（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ）属、トラメテス属（Ｔｒａｍｅｔｅｓ）、フーミコラ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属などに由来するセルラーゼ製剤がある。このようなセルラーゼ製剤は、実験試薬や工業製品として購入可能である。例えば、商品名で、セルロイシンＴ２（エイチピィアイ社製）、メイセラーゼ（明治製菓社製）、ノボザイム１８８（ノボザイム社製）、マルティフェクトＣＸ１０Ｌ（ジェネンコア社製）、セルラーゼＧＣ２２０（ジェネンコア社製）等が挙げられる。
原料固形分１００質量部に対するセルラーゼ製剤の使用量は、０．５〜１００質量部が好ましく、１〜５０質量部が特に好ましい。
【００２９】
反応条件はｐＨが４〜７が好ましい。温度は２５〜５０℃が好ましく、３０〜４０℃がさらに好ましい。
糖化反応時間は、酵素濃度によっても異なるが、バッチ式の場合は１０〜２４０時間、さらに好ましくは１５〜１６０時間である。連続式の場合も、平均滞留時間が、１０〜１５０時間、さらに好ましくは１５〜１００時間である。糖化反応は、連続式が好ましいが、バッチ方式でも良い。
【実施例】
【００３０】
次に、実験例１〜８により本発明の方法をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実験例によって限定されるものではない。以下に示す実験例において、％は、特に断りがない限りは全ての質量によるものである。また、糖量としては、イオンクロマトグラフィー法によって全糖量を算出した。
【００３１】
実験例１（比較例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を約１ｍｍ角に切断し、試料として用いた。
１５ｍｌ容のステンレス耐圧容器に、絶乾質量で５０ｍｇ相当の上記試料と水０．２ｍｌを投入した後に密栓し、予め２００℃に設定したオーブンに投入することにより６０分（１時間）加熱加圧処理による前処理を施した。
１時間の加熱加圧処理後、５ｍｌのクエン酸−リン酸バッファー（濃度１００ｍＭ、ｐＨ５．０）に、トリコデルマ・リーセイに由来するセルラーゼ（シグマ社製）１０．４ｍｇ、アスペルギウス・ニガーに由来するペクチナーゼ（シグマ社製）０．１ｍｇ、アスペルギウス・オリザに由来するアミラーゼ（シグマ社製）１．３ｍｇを添加した条件下で、３７℃、２４時間の酵素糖化処理を行い、処理後の糖化液の糖量を測定し、以下の式によって、糖収率を算出した。
糖収率（％）＝（糖化液中の糖量／サンプル絶乾質量）×１００
糖収率を算出したところ処理前樹皮の１６．０％相当の糖を得ることができた。本試料を７０％硫酸、２０℃、１８時間処理により糖を抽出した場合、処理前樹皮の４６．５％に相当する糖を得ることができることから、糖回収率としては３４．４％と計算される。
【００３２】
実験例２（比較例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を約１ｍｍ角に切断し、実験例１における前処理を施さずに実験例１と同様の糖化処理を行った。糖収率を算出したところ処理前樹皮の９．７％相当の糖を得ることができた。糖回収率としては２０．９％と計算される。
【００３３】
実験例３（実施例）
実験例１と同様、ユーカリ・グロブラスの樹皮を約１ｍｍ角に切断して試料として、試料投入の際に１．５ｇのドライアイスも同時に混合し、処理温度２００℃、処理時間６０分（１時間）の前処理を行い、その後、酵素糖化処理を行った。耐熱容器内の圧力測定値は６．３ＭＰａであった。糖収率を算出したところ、処理前樹皮の４５．７％に相当する糖を得ることができた。糖回収率としては９８．２％と計算される。
実験例１及び実験例２と実験例３の結果は、樹皮を、二酸化炭素溶解水に浸漬して加熱・加圧下に前処理することが、酵素糖化反応効率のよい原料を調製できる手段であることを示している。
【００３４】
実験例４（実施例）、実験例５（参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例３と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して温度２００℃で前処理を行った。ただし、操作条件として、前処理時間を１２０分（２時間）としたものを実験例４とし、前処理時間が２４０分（４時間）としたものを実験例５とした。結果を表１に示す。前処理温度を２００℃とした前記実験例３と、実験例４及び実験例５の各結果は、前処理反応時間は１２０分（２時間）以下が良好であり、２４０分（４時間）のように前処理時間が長くなると糖収率、糖回収率が共に顕著に減少する傾向があることを示している。
【００３５】
実験例６（実施例）、実験例７（実施例）、実験例８（参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例４と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して処理時間を１２０分（２時間）として前処理を行った。ただし、操作条件として、前処理温度を１５０℃としたものを実験例６とし、１７５℃としたものを実験例７とし、２５０℃としたものを実験例８とした。結果を表１に示す。処理時間を１２０分（２時間）とした実験例４と、実験例６〜実験例８の各結果は、前処理温度は１５０℃以上、２００℃以下が有効であり、２００℃を越えて２５０℃のように温度が高くなると糖収率、糖回収率が共に顕著に減少する傾向があることを示している。
【００３６】
実験例９（実施例又は参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例４と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して処理時間を１２０分（２時間）として前処理を行った。ただし、処理温度を１００℃とした。結果を表１に示す。処理時間を１２０分（２時間）、処理温度を１５０℃とした前記実験例６よりも前処理効果は低下していた。
処理時間を１２０分として、処理温度を２００℃とした実験例４、処理温度を１７５℃とした実験例７、処理温度を１５０℃とした実験例６の各結果は、前処理温度が２００℃より下がるに従って前処理効果が低下する傾向があることを示している。
【００３７】
実験例１０（実施例又は参考例）、実験例１１（実施例又は参考例）、実験例１２（参考例）
ユーカリ・グロブラスの樹皮を実験例４と同様に耐圧容器内の試料にドライアイスを混合して処理温度を２００℃として前処理を行った。ただし、処理時間を１０分としたものを実験例１０とし、処理時間を１分としたものを実験例１１とした。結果を表１に示す。処理時間が２４０分である前記実験例５の結果と、処理時間が１２０分である実験例４の結果は、処理時間が１２０分を越えて長くなるに従って前処理効果が低下する傾向にあることを示している。
また、処理時間が６０分とした実験例３と、処理時間を１０分とした実験例１０と、処理時間を１分とした実験例１１の各結果は、処理時間が６０分よりも短くなるに従って前処理効果は低下する傾向にあることを示している。
【００３８】
【表１】
【００３９】
上記各実験結果は、木質植物の樹皮をバイオマスとして糖化反応を行う場合、樹皮を一定の加熱温度と処理時間により、加圧条件下で二酸化炭素溶解水中に浸漬処理するという前処理を施すことが、樹皮の酵素糖化反応を効率的に行うことを可能ならしめるための有効な手段であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、そのほとんどが植林地もしくは製材工場やチップ工場で剥離された後は、植林地の肥料として土壌に還元されるか又は燃料として消費されるだけで、高付加価値製品の製造原料として利用されていないのが現状である、樹木の地上部総質量の約１０〜２０％を占める樹皮を効率的に糖化することができる方法が提供されるので、近年、トウモロコシやサトウキビなどがバイオエタノール原料として流用されることによる問題が指摘されている中で、食料とは競合しない未利用バイオマスを原料としたバイオエタノール生産を可能とする技術としても期待されるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木本植物の樹皮を切断し、加熱・加圧条件下において二酸化炭素溶解水に浸漬する前処理をし、次いで、該前処理後の樹皮を酵素により糖化することを特徴とする、木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項２】
前記前処理が、前記樹皮を１００〜２００℃の温度で、６０分〜１２０分間、二酸化炭素溶解水に浸漬する処理であることを特徴とする、請求項１記載の木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項３】
木本植物がユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属の樹木であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項４】
ユーカリ属の樹種が、グランディス（ｇｒａｎｄｉｓ）種、グロブラス（ｇｌｏｂｕｌｕｓ）種、ナイテンス（ｎｉｔｅｎｓ）種、カマルドレンシス（ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ）種、デグラプタ（ｄｅｇｌｕｐｔａ）種、ビミナリス（ｖｉｍｉｎａｌｉｓ）種、ユーロフィラ（ｕｒｏｐｈｙｌｌａ）種、ダニアイ（ｄｕｎｎｉｉ）種及びこれらの交雑種に属することを特徴とする、請求項３に記載の木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項１】
木本植物の樹皮を切断し、加熱・加圧条件下において二酸化炭素溶解水に浸漬する前処理をし、次いで、該前処理後の樹皮を酵素により糖化することを特徴とする、木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項２】
前記前処理が、前記樹皮を１００〜２００℃の温度で、６０分〜１２０分間、二酸化炭素溶解水に浸漬する処理であることを特徴とする、請求項１記載の木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項３】
木本植物がユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属の樹木であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の木本植物の樹皮の糖化方法。
【請求項４】
ユーカリ属の樹種が、グランディス（ｇｒａｎｄｉｓ）種、グロブラス（ｇｌｏｂｕｌｕｓ）種、ナイテンス（ｎｉｔｅｎｓ）種、カマルドレンシス（ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ）種、デグラプタ（ｄｅｇｌｕｐｔａ）種、ビミナリス（ｖｉｍｉｎａｌｉｓ）種、ユーロフィラ（ｕｒｏｐｈｙｌｌａ）種、ダニアイ（ｄｕｎｎｉｉ）種及びこれらの交雑種に属することを特徴とする、請求項３に記載の木本植物の樹皮の糖化方法。
【公開番号】特開２０１０−８８３１９（Ｐ２０１０−８８３１９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９５６１（Ｐ２００８−２５９５６１）
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果にかかる特許出願（平成２０年度独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 委託研究 新エネルギー技術研究 開発／バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発（先導技術開発）／未利用木質バイオマス（樹皮）の高効率糖化先導技術開発 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００１２２２９８）王子製紙株式会社 (2,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果にかかる特許出願（平成２０年度独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 委託研究 新エネルギー技術研究 開発／バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発（先導技術開発）／未利用木質バイオマス（樹皮）の高効率糖化先導技術開発 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００１２２２９８）王子製紙株式会社 (2,055)
【Ｆターム（参考）】
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