植物系バイオマスの処理方法
【課題】植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースをより効率よく分解する方法を提供すること。植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースを分解して糖を得て、そこからバイオ燃料を製造する方法を提供すること。
【解決手段】植物系バイオマスを、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させる。これにより、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースは緩和（非晶化および低分子化）され、分解されやすい状態となる。これをセルラーゼと反応させることにより、高い変換効率で糖が得られる。
【解決手段】植物系バイオマスを、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させる。これにより、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースは緩和（非晶化および低分子化）され、分解されやすい状態となる。これをセルラーゼと反応させることにより、高い変換効率で糖が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物系バイオマスからバイオ燃料を製造する技術に関する。本発明は、特に植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースを分解し糖化させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
枯渇が危惧される石油のような化石燃料の代替品として、バイオ燃料への関心が高まっている。バイオ燃料とは、生物由来資源（バイオマス）を原料として製造される燃料である。代表的なバイオ燃料としては、トウモロコシやサトウキビなどの糖質をアルコール発酵させて得られるバイオエタノールや、植物油などの油脂を改質して得られるバイオディーゼルが知られている。しかし、従来のバイオ燃料の製造においては、原料の確保が問題となる。特に、現在用いられているバイオエタノールの原料は食料でもあるため、バイオエタノールの製造の拡大が食料および飼料価格の高騰を引き起こし、大きな社会問題となっている。そのため、食料供給に影響を及ぼさないバイオ燃料の製造方法が模索されている。
【０００３】
バイオ燃料の原料として、植物系バイオマスの主成分であるセルロースやヘミセルロースを利用することが検討されている。セルロースやヘミセルロースは糖が重合したものであり、分解することができれば糖が得られる。しかし、セルロースやヘミセルロースは安定な物質であり、その分解は非常に困難である。従来、セルロースやヘミセルロースの分解には高温高圧処理や酸処理が必要とされていた。
【０００４】
一方、特許文献１および特許文献２にも開示されているように、最近、イオン液体を利用することにより、セルロースやヘミセルロースを可溶化し分解することができることがわかってきた。しかし、その分解効率は未だ満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８９２７７号
【特許文献２】特開２００９−２０３４５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースをより効率よく分解する方法を提供することを目的とする。また、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースを分解して糖を得て、そこからバイオ燃料を製造する方法を提供することも本発明の目的の一つである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、セルロースやヘミセルロースが、イオン液体や水といった極性溶媒にイミダゾリウム塩を溶解させた処理溶液によって容易に緩和（非晶化および低分子化）されることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）植物系バイオマスを、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させることを含む、植物系バイオマスの処理方法。
（２）融点１００℃以上のイミダゾリウム塩が、カチオンとして下記式
【化１】
［式中、Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、Ｃ１−１０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ３−１０シクロアルキル基、Ｃ２−１０アルケニル基、または芳香族炭化水素基から選択される］で表されるイミダゾリウムカチオンを含み、アニオンとして、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−、酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオンまたはビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンから選択されるアニオンを含む、（１）に記載の方法。
（３）極性溶媒が、水、イオン液体、極性有機溶媒またはこれらの２種以上の混合物から選択される、（１）または（２）に記載の方法。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の方法により植物系バイオマスを処理した後、セルラーゼを作用させて糖を得ることを含む、植物系バイオマスから糖を製造する方法。
（５）セルラーゼがTrichoderma属の種由来のセルラーゼ、Aspergillus属の種由来のセルラーゼ、Pyrococcus属の種由来のセルラーゼ、Humicola属の種由来のセルラーゼ、Phanerochaete属の種由来のセルラーゼ、またはこれらの２種以上の混合物から選択される、（４）に記載の方法。
（６）（４）または（５）に記載の方法により糖を製造した後、さらに得られた糖を発酵させることを含む、バイオ燃料の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の植物系バイオマスの処理方法ならびに植物系バイオマス処理用溶液によれば、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロース、特に従来分解が非常に難しかった結晶化セルロースを緩和（非晶化および低分子化）することができる。緩和されたセルロースやヘミセルロースは、セルラーゼによる分解を受けやすくなるため、糖化の効率が向上する。すなわち、本発明の植物系バイオマスから糖を製造する方法によれば、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースから効率よく糖を得ることが可能になる。また、得られた糖を利用してバイオ燃料を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】イオン液体に各種イミダゾリウム塩を添加した溶液で植物系バイオマス（ユーカリ粉末）を処理し糖化処理を行った結果、イオン液体のみを使用した場合と比較してグルコース変換効率が向上したことを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
植物系バイオマスの処理方法
本発明は、植物系バイオマスを融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させることを含む、植物系バイオマスの処理方法に関する。本明細書において「植物系バイオマスを処理する」とは、植物系バイオマスに含まれるセルロースおよび／またはヘミセルロースを緩和させることを意味する。「セルロースおよび／またはヘミセルロースを緩和させる」とは、セルロースおよび／またはヘミセルロース（特に結晶性セルロース）を非晶化し、あるいは低分子化することを意味する。
【００１２】
すなわち、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液（以下「本発明の処理溶液」とも称する）に植物系バイオマスを浸漬させると、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースは緩和され、セルラーゼによる分解をより受けやすくなる。場合によっては、セルロースやヘミセルロースは本発明の処理溶液で処理するだけで、糖まで分解され得る。
【００１３】
本発明の処理溶液において、イミダゾリウム塩は極性溶媒中に通常０．０１〜２．０％（wt./vol.）の濃度、好ましくは０．０５〜１．５％（wt./vol.）の濃度、特に０．１〜１．０％（wt./vol.）の濃度で溶解しているのが望ましい。
【００１４】
植物系バイオマスを本発明の処理溶液に浸漬させる際は、溶液を加熱することが好ましい。熱をかけることにより、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースの緩和がより促進される。加熱温度は通常８０℃〜１６０℃、特に１００℃〜１４０℃の範囲とするのが好ましい。
【００１５】
また、植物系バイオマスを本発明の処理溶液に浸漬させる際は、溶液を攪拌してもよいが、静置しておいても構わない。
【００１６】
セルロースおよびヘミセルロース
セルロースおよびヘミセルロースは、リグニンと共に植物細胞の細胞壁を構成する成分である。セルロースはβ−グルコースが重合したものであり、ヘミセルロースは植物細胞壁でセルロースミクロフィブリル間の基質ゲルを構成する多糖類のうち、ペクチン質以外の多糖類の総称である。植物系バイオマスの場合、乾燥重量の２／３程度はセルロースおよびヘミセルロースから構成されている。本発明の植物系バイオマスを処理する方法とは、セルロースおよび／またはヘミセルロースを処理する方法でもある。
【００１７】
融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩
本発明において「融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩」とは、イミダゾール環を有するカチオンとアニオンから構成される塩であって、融点が１００℃以上であり、イオン液体ではないものを意味する。
【００１８】
融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を構成するカチオンは、以下の式で表すことができる：
【００１９】
【化２】
［式中、
Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、
メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルおよびデシルなどのＣ１−１０アルキル基；
シクロプロピル、メチルシクロプロピル、シクロヘキシル、２，６−ジメチルシクロヘキシル、２，６−ジエチルシクロヘキシル、２，４，６−トリメチルシクロヘキシル、２，４，６−トリエチルシクロヘキシルおよびシクロデシルなどの置換もしくは非置換のＣ３−１０シクロアルキル基；
アリル基などのＣ２−１０アルケニル基；ならびに
フェニル、２，６−ジメチルフェニル、２，６−ジイソプロピルフェニル、２，４，６−トリメチルフェニル、トリル、ナフチルなどの芳香族炭化水素基
からなる群から選択される］。
【００２０】
好ましくは、Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、Ｃ１−６アルキル基（メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシルなど）、置換もしくは非置換のシクロヘキシル基（シクロヘキシル、２，６−ジメチルシクロヘキシルおよび２，４，６−トリメチルシクロヘキシルなど）、アリル基、ならびに置換もしくは非置換のフェニル基（フェニル、２，６−ジメチルフェニル、２，６−ジイソプロピルフェニルおよび２，４，６−トリメチルフェニルなど）からなる群から選択される。より好ましくはＲ１とＲ２は同一の置換基である。
【００２１】
融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を構成するアニオンは、無機アニオンおよび有機アニオンのいずれであってもよい。無機アニオンとしては、例えばＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−を挙げることができる。有機アニオンとしては、例えば酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオン、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンを挙げることとができる。好ましくは、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を構成するアニオンは、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、酢酸アニオンおよびリン酸アニオンからなる群から選択される。
【００２２】
本発明において好ましい融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩の具体例としては、１，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１，３−ジメチルイミダゾリウムジメチルホスフェート、１，３−ジシクロヘキシルイミダゾリウムクロリド、１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）イミダゾリウムクロリド、１，３−ビス（２，６−ジイソプロピルフェニルエチル）イミダゾリウムクロリドなどを挙げることができる。
【００２３】
極性溶媒
本発明において、極性溶媒とは、上記の融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を溶解可能な極性溶媒であれば特に制限されない。本発明における極性溶媒としては、例えば水、イオン液体、極性有機溶媒およびこれらの２種以上の混合物が挙げられる。極性有機溶媒としては、プロトン性極性有機溶媒および非プロトン性極性有機溶媒のいずれでもよく、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールなどのアルコール類；酢酸エチルなどのエステル類；アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類；アセトニトリルなどのニトリル類を挙げることができる。本発明において好ましい極性溶媒は水またはイオン液体である。
【００２４】
イオン液体
本発明において「イオン液体」とは、融点が１００℃未満である塩を意味する。イオン液体は、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、脂環族アミン系イオン液体および脂肪族アミン系イオン液体などのいずれであってもよい。
【００２５】
イミダゾリウム系イオン液体としては、１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩および１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム塩を挙げることができる。
【００２６】
１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩の具体例としては、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム（Ｌ）−乳酸塩、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム（Ｌ）−乳酸塩、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−テトラデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ヘキサデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−オクタデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリドなどが挙げられる。
【００２７】
１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム塩の具体例としては、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトラフルオロホウ酸塩、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩などが挙げられる。
【００２８】
ピリジニウム系イオン液体としては、エチルピリジニウム塩、ブチルピリジニウム塩、ヘキシルピリジニウム塩などが挙げられる。
【００２９】
エチルピリジニウム塩の具体例としては、１−エチルピリジニウムブロミド、１−エチルピリジニウムクロリドなどが挙げられる。
【００３０】
ブチルピリジニウム塩の具体例としては、１−ブチルピリジニウムブロミド、１−ブチルピリジニウムクロリド、１−ブチルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ブチルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩などが挙げられる。
【００３１】
ヘキシルピリジニウム塩の具体例としては、１−ヘキシルピリジニウムブロミド、１−ヘキシルピリジニウムクロリド、１−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩などが挙げられる。
【００３２】
脂環族アミン系イオン液体または脂肪族アミン系イオン液体の具体例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドおよびＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩などが挙げられる。
【００３３】
これらのイオン液体の中でも、本発明の方法において最も好ましいものは、イミダゾリウム系イオン液体である。中でも、１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩が好ましく、特に１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドがセルロースやヘミセルロースの溶解性に優れており好ましい。
【００３４】
上述したイミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、脂環族アミン系イオン液体および脂肪族アミン系イオン液体において、具体例にも挙げたように、アニオンは無機アニオンおよび有機アニオンのいずれであってもよい。無機アニオンとしては、例えばＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−を挙げることができる。また、有機アニオンとしては、酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオン、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンなどを挙げることができる。特に、アニオンとしてＣｌ−、酢酸アニオンもしくはリン酸アニオンを含むイオン液体を使用することが好ましい。
【００３５】
植物系バイオマスからの糖の製造
別の側面において、本発明は植物系バイオマスから糖を製造する方法に関する。本発明の植物系バイオマスから糖を製造する方法は、植物系バイオマスを融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させ、次いでセルラーゼを作用させて糖を得ることを含む。本発明において「糖」には、単糖、二糖およびオリゴ糖が含まれる。融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩および極性溶媒については、上述のとおりである。
【００３６】
本発明で用いるセルラーゼは、好ましくはTrichoderma属の種（特にTrichoderma reeseiおよびTrichoderma viride）由来のセルラーゼ、Aspergillus属の種（特にAspergillus niger）由来のセルラーゼ、Pyrococcus属の種（特にPyrococcus horikoshii）由来のセルラーゼ、Humicola属の種（特にHumicola insolens）由来のセルラーゼ、Phanerochaete属の種（特にPhanerochaete chrysosporium）由来のセルラーゼ、およびそれらの２種以上の混合物からなる群から選択される。本発明の処理溶液により処理された植物系バイオマスは、含有されるセルロースやヘミセルロースが十分に緩和されてセルラーゼによる糖化を受けやすい状態となっている。そのため、イオン液体のみからなる処理溶液に浸漬し、セルラーゼを作用させた場合と比較してより高い糖化率を達成することができる。
【００３７】
バイオ燃料の製造
本発明の方法により得られた糖は、例えば発酵させることによりバイオ燃料に変換することができる。発酵は、アルコール発酵によりエタノールなどを製造するものであっても良いし、乳酸などの有機酸を製造するものであっても良い。エタノール以外にも、プロパノール、ブタノールおよびグリセリンなどのアルコール類を発酵により製造することができる。また、乳酸以外の有機酸、例えば酢酸、クエン酸、シュウ酸、コハク酸、β−ヒドロキシ酪酸および3−ヒドロキシプロピオン酸などを発酵により製造することができる。
【００３８】
発酵工程で使用する微生物としては、得られた糖類を利用して目的の生産物を製造するものであれば特に限定されない。例えば、エタノールを目的生産物とする場合に利用可能な微生物としては、サッカロミセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）およびシゾサッカロミセス・ポンベ（Schizosaccharomyces pombe）などが挙げられる。また、エタノールを目的生産物とする場合には、単糖類やオリゴ糖を基質としてエタノールを生合成するのに必要な遺伝子群を導入した大腸菌などの細菌を使用することもできる。乳酸を目的生産物とする場合には、従来公知の乳酸生産菌、例えば、Lactobacillus属に属する細菌を例示することができる。また、単糖類やオリゴ糖を基質として乳酸を生合成するのに必要な遺伝子群を導入した大腸菌や酵母などを使用することもできる。上述したアルコール類や有機酸を製造する微生物、ならびにそれらの微生物を用いて目的生産物を製造する方法は当業者に公知である。
【００３９】
発酵の終了後、目的生産物は従来公知の手法によって回収・精製することができる。例えば、エタノールを目的生産物とする場合、蒸留、浸透気化膜などの公知の方法を適用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４１】
処理溶液
各バイアル瓶にイオン液体：１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（Solbionic社）を１．０ｇずつ入れた。このイオン液体の構造式を以下に示す：
【化３】
【００４２】
イオン液体が入ったバイアル瓶に以下の５種類のイミダゾリウム塩：
（１）１，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド
（２）１，３−ジメチルイミダゾリウムジメチルホスフェート
（３）１，３−ジシクロヘキシルイミダゾリウムクロリド
（４）１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）イミダゾリウムクロリド
（５）１，３−ビス（２，６−ジイソプロピルフェニルエチル）イミダゾリウムクロリド
を、それぞれ０．１％または１．０％（wt./vol.）となるように添加してイオン液体に溶解させた。（１）〜（５）のイミダゾリウム塩の構造式は、以下に記載のとおりである：
【化４】
【００４３】
バイオマス試料の浸漬処理
上記のようにして調製したイオン液体とイミダゾリウム塩からなる処理溶液が入ったバイアル瓶に３０ｍｇのバイオマス試料を加えて浸漬させた。バイオマス試料としては、カッターミルで破砕処理した粒径１５０μｍ以下のユーカリ粉末を使用した。
【００４４】
処理溶液とバイオマス試料が入ったバイアル瓶を、静置条件下、１２０℃で３０分間処理した。処理後のバイオマス試料は滅菌水で数回洗浄して処理溶液を洗い流した。
【００４５】
セルラーゼによる糖化反応
滅菌水で洗浄した処理後のバイオマス試料に、１０ｍＭクエン酸緩衝液（ｐＨ５．５）を９．９ｍＬ添加し、次いでセルラーゼ混合溶液０．１ｍＬを添加した。この試料を４０℃に維持して糖化反応させた。４８時間後にサンプリングして、溶液中のグルコース濃度を測定した。
【００４６】
セルラーゼ混合溶液としては、Trichoderma reesei ATCC 26921由来のNovozyme Celluclast（Sigma-Aldrich社）とAspergillus niger由来のNovozyme 188（Sigma-Aldrich社）を５：１の割合で混合したものを６ＦＰＵ／ｇバイオマスとなるようにしたものを用いた。グルコース濃度の測定には、バイオセンサＢＦ−５（王子計測機器社）を用い、操作の詳細は付属のプロトコールに従った。
【００４７】
得られたグルコース濃度（％）をもとに、各バイオマス中に含有されるセルロース中のグルコースユニット数を１００とした場合の糖への変換効率を、以下の計算式に従って算出した。なお、セルロース中のグルコースユニット数はバイオマス試料の成分分析結果に基づいて求めた。
【００４８】
【数１】
【００４９】
結果
それぞれの処理溶液のグルコース変換効率をグラフにまとめたものを図１に示した。また、対照としてイミダゾリウム塩を加えない他は同様に処理したものの結果も併せて図１に示した。
【００５０】
グラフからわかるように、イミダゾリウム塩を０．１％あるいは１．０％の濃度でイオン液体に加えた処理溶液を用いたサンプルでは、いずれもイミダゾリウム塩を添加せずにイオン液体のみを用いた対照例と比較して高いグルコース変換効率を示した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物系バイオマスからバイオ燃料を製造する技術に関する。本発明は、特に植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースを分解し糖化させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
枯渇が危惧される石油のような化石燃料の代替品として、バイオ燃料への関心が高まっている。バイオ燃料とは、生物由来資源（バイオマス）を原料として製造される燃料である。代表的なバイオ燃料としては、トウモロコシやサトウキビなどの糖質をアルコール発酵させて得られるバイオエタノールや、植物油などの油脂を改質して得られるバイオディーゼルが知られている。しかし、従来のバイオ燃料の製造においては、原料の確保が問題となる。特に、現在用いられているバイオエタノールの原料は食料でもあるため、バイオエタノールの製造の拡大が食料および飼料価格の高騰を引き起こし、大きな社会問題となっている。そのため、食料供給に影響を及ぼさないバイオ燃料の製造方法が模索されている。
【０００３】
バイオ燃料の原料として、植物系バイオマスの主成分であるセルロースやヘミセルロースを利用することが検討されている。セルロースやヘミセルロースは糖が重合したものであり、分解することができれば糖が得られる。しかし、セルロースやヘミセルロースは安定な物質であり、その分解は非常に困難である。従来、セルロースやヘミセルロースの分解には高温高圧処理や酸処理が必要とされていた。
【０００４】
一方、特許文献１および特許文献２にも開示されているように、最近、イオン液体を利用することにより、セルロースやヘミセルロースを可溶化し分解することができることがわかってきた。しかし、その分解効率は未だ満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８９２７７号
【特許文献２】特開２００９−２０３４５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースをより効率よく分解する方法を提供することを目的とする。また、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースを分解して糖を得て、そこからバイオ燃料を製造する方法を提供することも本発明の目的の一つである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、セルロースやヘミセルロースが、イオン液体や水といった極性溶媒にイミダゾリウム塩を溶解させた処理溶液によって容易に緩和（非晶化および低分子化）されることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）植物系バイオマスを、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させることを含む、植物系バイオマスの処理方法。
（２）融点１００℃以上のイミダゾリウム塩が、カチオンとして下記式
【化１】
［式中、Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、Ｃ１−１０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ３−１０シクロアルキル基、Ｃ２−１０アルケニル基、または芳香族炭化水素基から選択される］で表されるイミダゾリウムカチオンを含み、アニオンとして、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−、酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオンまたはビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンから選択されるアニオンを含む、（１）に記載の方法。
（３）極性溶媒が、水、イオン液体、極性有機溶媒またはこれらの２種以上の混合物から選択される、（１）または（２）に記載の方法。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の方法により植物系バイオマスを処理した後、セルラーゼを作用させて糖を得ることを含む、植物系バイオマスから糖を製造する方法。
（５）セルラーゼがTrichoderma属の種由来のセルラーゼ、Aspergillus属の種由来のセルラーゼ、Pyrococcus属の種由来のセルラーゼ、Humicola属の種由来のセルラーゼ、Phanerochaete属の種由来のセルラーゼ、またはこれらの２種以上の混合物から選択される、（４）に記載の方法。
（６）（４）または（５）に記載の方法により糖を製造した後、さらに得られた糖を発酵させることを含む、バイオ燃料の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の植物系バイオマスの処理方法ならびに植物系バイオマス処理用溶液によれば、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロース、特に従来分解が非常に難しかった結晶化セルロースを緩和（非晶化および低分子化）することができる。緩和されたセルロースやヘミセルロースは、セルラーゼによる分解を受けやすくなるため、糖化の効率が向上する。すなわち、本発明の植物系バイオマスから糖を製造する方法によれば、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースから効率よく糖を得ることが可能になる。また、得られた糖を利用してバイオ燃料を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】イオン液体に各種イミダゾリウム塩を添加した溶液で植物系バイオマス（ユーカリ粉末）を処理し糖化処理を行った結果、イオン液体のみを使用した場合と比較してグルコース変換効率が向上したことを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
植物系バイオマスの処理方法
本発明は、植物系バイオマスを融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させることを含む、植物系バイオマスの処理方法に関する。本明細書において「植物系バイオマスを処理する」とは、植物系バイオマスに含まれるセルロースおよび／またはヘミセルロースを緩和させることを意味する。「セルロースおよび／またはヘミセルロースを緩和させる」とは、セルロースおよび／またはヘミセルロース（特に結晶性セルロース）を非晶化し、あるいは低分子化することを意味する。
【００１２】
すなわち、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液（以下「本発明の処理溶液」とも称する）に植物系バイオマスを浸漬させると、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースは緩和され、セルラーゼによる分解をより受けやすくなる。場合によっては、セルロースやヘミセルロースは本発明の処理溶液で処理するだけで、糖まで分解され得る。
【００１３】
本発明の処理溶液において、イミダゾリウム塩は極性溶媒中に通常０．０１〜２．０％（wt./vol.）の濃度、好ましくは０．０５〜１．５％（wt./vol.）の濃度、特に０．１〜１．０％（wt./vol.）の濃度で溶解しているのが望ましい。
【００１４】
植物系バイオマスを本発明の処理溶液に浸漬させる際は、溶液を加熱することが好ましい。熱をかけることにより、植物系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースの緩和がより促進される。加熱温度は通常８０℃〜１６０℃、特に１００℃〜１４０℃の範囲とするのが好ましい。
【００１５】
また、植物系バイオマスを本発明の処理溶液に浸漬させる際は、溶液を攪拌してもよいが、静置しておいても構わない。
【００１６】
セルロースおよびヘミセルロース
セルロースおよびヘミセルロースは、リグニンと共に植物細胞の細胞壁を構成する成分である。セルロースはβ−グルコースが重合したものであり、ヘミセルロースは植物細胞壁でセルロースミクロフィブリル間の基質ゲルを構成する多糖類のうち、ペクチン質以外の多糖類の総称である。植物系バイオマスの場合、乾燥重量の２／３程度はセルロースおよびヘミセルロースから構成されている。本発明の植物系バイオマスを処理する方法とは、セルロースおよび／またはヘミセルロースを処理する方法でもある。
【００１７】
融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩
本発明において「融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩」とは、イミダゾール環を有するカチオンとアニオンから構成される塩であって、融点が１００℃以上であり、イオン液体ではないものを意味する。
【００１８】
融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を構成するカチオンは、以下の式で表すことができる：
【００１９】
【化２】
［式中、
Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、
メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルおよびデシルなどのＣ１−１０アルキル基；
シクロプロピル、メチルシクロプロピル、シクロヘキシル、２，６−ジメチルシクロヘキシル、２，６−ジエチルシクロヘキシル、２，４，６−トリメチルシクロヘキシル、２，４，６−トリエチルシクロヘキシルおよびシクロデシルなどの置換もしくは非置換のＣ３−１０シクロアルキル基；
アリル基などのＣ２−１０アルケニル基；ならびに
フェニル、２，６−ジメチルフェニル、２，６−ジイソプロピルフェニル、２，４，６−トリメチルフェニル、トリル、ナフチルなどの芳香族炭化水素基
からなる群から選択される］。
【００２０】
好ましくは、Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、Ｃ１−６アルキル基（メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシルなど）、置換もしくは非置換のシクロヘキシル基（シクロヘキシル、２，６−ジメチルシクロヘキシルおよび２，４，６−トリメチルシクロヘキシルなど）、アリル基、ならびに置換もしくは非置換のフェニル基（フェニル、２，６−ジメチルフェニル、２，６−ジイソプロピルフェニルおよび２，４，６−トリメチルフェニルなど）からなる群から選択される。より好ましくはＲ１とＲ２は同一の置換基である。
【００２１】
融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を構成するアニオンは、無機アニオンおよび有機アニオンのいずれであってもよい。無機アニオンとしては、例えばＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−を挙げることができる。有機アニオンとしては、例えば酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオン、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンを挙げることとができる。好ましくは、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を構成するアニオンは、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、酢酸アニオンおよびリン酸アニオンからなる群から選択される。
【００２２】
本発明において好ましい融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩の具体例としては、１，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１，３−ジメチルイミダゾリウムジメチルホスフェート、１，３−ジシクロヘキシルイミダゾリウムクロリド、１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）イミダゾリウムクロリド、１，３−ビス（２，６−ジイソプロピルフェニルエチル）イミダゾリウムクロリドなどを挙げることができる。
【００２３】
極性溶媒
本発明において、極性溶媒とは、上記の融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩を溶解可能な極性溶媒であれば特に制限されない。本発明における極性溶媒としては、例えば水、イオン液体、極性有機溶媒およびこれらの２種以上の混合物が挙げられる。極性有機溶媒としては、プロトン性極性有機溶媒および非プロトン性極性有機溶媒のいずれでもよく、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールなどのアルコール類；酢酸エチルなどのエステル類；アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類；アセトニトリルなどのニトリル類を挙げることができる。本発明において好ましい極性溶媒は水またはイオン液体である。
【００２４】
イオン液体
本発明において「イオン液体」とは、融点が１００℃未満である塩を意味する。イオン液体は、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、脂環族アミン系イオン液体および脂肪族アミン系イオン液体などのいずれであってもよい。
【００２５】
イミダゾリウム系イオン液体としては、１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩および１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム塩を挙げることができる。
【００２６】
１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩の具体例としては、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム（Ｌ）−乳酸塩、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム（Ｌ）−乳酸塩、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−テトラデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ヘキサデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−オクタデシル−３−メチルイミダゾリウムクロリドなどが挙げられる。
【００２７】
１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム塩の具体例としては、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトラフルオロホウ酸塩、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩などが挙げられる。
【００２８】
ピリジニウム系イオン液体としては、エチルピリジニウム塩、ブチルピリジニウム塩、ヘキシルピリジニウム塩などが挙げられる。
【００２９】
エチルピリジニウム塩の具体例としては、１−エチルピリジニウムブロミド、１−エチルピリジニウムクロリドなどが挙げられる。
【００３０】
ブチルピリジニウム塩の具体例としては、１−ブチルピリジニウムブロミド、１−ブチルピリジニウムクロリド、１−ブチルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ブチルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩などが挙げられる。
【００３１】
ヘキシルピリジニウム塩の具体例としては、１−ヘキシルピリジニウムブロミド、１−ヘキシルピリジニウムクロリド、１−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、１−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、１−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩などが挙げられる。
【００３２】
脂環族アミン系イオン液体または脂肪族アミン系イオン液体の具体例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドおよびＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩などが挙げられる。
【００３３】
これらのイオン液体の中でも、本発明の方法において最も好ましいものは、イミダゾリウム系イオン液体である。中でも、１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩が好ましく、特に１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドがセルロースやヘミセルロースの溶解性に優れており好ましい。
【００３４】
上述したイミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、脂環族アミン系イオン液体および脂肪族アミン系イオン液体において、具体例にも挙げたように、アニオンは無機アニオンおよび有機アニオンのいずれであってもよい。無機アニオンとしては、例えばＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−を挙げることができる。また、有機アニオンとしては、酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオン、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンなどを挙げることができる。特に、アニオンとしてＣｌ−、酢酸アニオンもしくはリン酸アニオンを含むイオン液体を使用することが好ましい。
【００３５】
植物系バイオマスからの糖の製造
別の側面において、本発明は植物系バイオマスから糖を製造する方法に関する。本発明の植物系バイオマスから糖を製造する方法は、植物系バイオマスを融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させ、次いでセルラーゼを作用させて糖を得ることを含む。本発明において「糖」には、単糖、二糖およびオリゴ糖が含まれる。融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩および極性溶媒については、上述のとおりである。
【００３６】
本発明で用いるセルラーゼは、好ましくはTrichoderma属の種（特にTrichoderma reeseiおよびTrichoderma viride）由来のセルラーゼ、Aspergillus属の種（特にAspergillus niger）由来のセルラーゼ、Pyrococcus属の種（特にPyrococcus horikoshii）由来のセルラーゼ、Humicola属の種（特にHumicola insolens）由来のセルラーゼ、Phanerochaete属の種（特にPhanerochaete chrysosporium）由来のセルラーゼ、およびそれらの２種以上の混合物からなる群から選択される。本発明の処理溶液により処理された植物系バイオマスは、含有されるセルロースやヘミセルロースが十分に緩和されてセルラーゼによる糖化を受けやすい状態となっている。そのため、イオン液体のみからなる処理溶液に浸漬し、セルラーゼを作用させた場合と比較してより高い糖化率を達成することができる。
【００３７】
バイオ燃料の製造
本発明の方法により得られた糖は、例えば発酵させることによりバイオ燃料に変換することができる。発酵は、アルコール発酵によりエタノールなどを製造するものであっても良いし、乳酸などの有機酸を製造するものであっても良い。エタノール以外にも、プロパノール、ブタノールおよびグリセリンなどのアルコール類を発酵により製造することができる。また、乳酸以外の有機酸、例えば酢酸、クエン酸、シュウ酸、コハク酸、β−ヒドロキシ酪酸および3−ヒドロキシプロピオン酸などを発酵により製造することができる。
【００３８】
発酵工程で使用する微生物としては、得られた糖類を利用して目的の生産物を製造するものであれば特に限定されない。例えば、エタノールを目的生産物とする場合に利用可能な微生物としては、サッカロミセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）およびシゾサッカロミセス・ポンベ（Schizosaccharomyces pombe）などが挙げられる。また、エタノールを目的生産物とする場合には、単糖類やオリゴ糖を基質としてエタノールを生合成するのに必要な遺伝子群を導入した大腸菌などの細菌を使用することもできる。乳酸を目的生産物とする場合には、従来公知の乳酸生産菌、例えば、Lactobacillus属に属する細菌を例示することができる。また、単糖類やオリゴ糖を基質として乳酸を生合成するのに必要な遺伝子群を導入した大腸菌や酵母などを使用することもできる。上述したアルコール類や有機酸を製造する微生物、ならびにそれらの微生物を用いて目的生産物を製造する方法は当業者に公知である。
【００３９】
発酵の終了後、目的生産物は従来公知の手法によって回収・精製することができる。例えば、エタノールを目的生産物とする場合、蒸留、浸透気化膜などの公知の方法を適用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４１】
処理溶液
各バイアル瓶にイオン液体：１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（Solbionic社）を１．０ｇずつ入れた。このイオン液体の構造式を以下に示す：
【化３】
【００４２】
イオン液体が入ったバイアル瓶に以下の５種類のイミダゾリウム塩：
（１）１，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド
（２）１，３−ジメチルイミダゾリウムジメチルホスフェート
（３）１，３−ジシクロヘキシルイミダゾリウムクロリド
（４）１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）イミダゾリウムクロリド
（５）１，３−ビス（２，６−ジイソプロピルフェニルエチル）イミダゾリウムクロリド
を、それぞれ０．１％または１．０％（wt./vol.）となるように添加してイオン液体に溶解させた。（１）〜（５）のイミダゾリウム塩の構造式は、以下に記載のとおりである：
【化４】
【００４３】
バイオマス試料の浸漬処理
上記のようにして調製したイオン液体とイミダゾリウム塩からなる処理溶液が入ったバイアル瓶に３０ｍｇのバイオマス試料を加えて浸漬させた。バイオマス試料としては、カッターミルで破砕処理した粒径１５０μｍ以下のユーカリ粉末を使用した。
【００４４】
処理溶液とバイオマス試料が入ったバイアル瓶を、静置条件下、１２０℃で３０分間処理した。処理後のバイオマス試料は滅菌水で数回洗浄して処理溶液を洗い流した。
【００４５】
セルラーゼによる糖化反応
滅菌水で洗浄した処理後のバイオマス試料に、１０ｍＭクエン酸緩衝液（ｐＨ５．５）を９．９ｍＬ添加し、次いでセルラーゼ混合溶液０．１ｍＬを添加した。この試料を４０℃に維持して糖化反応させた。４８時間後にサンプリングして、溶液中のグルコース濃度を測定した。
【００４６】
セルラーゼ混合溶液としては、Trichoderma reesei ATCC 26921由来のNovozyme Celluclast（Sigma-Aldrich社）とAspergillus niger由来のNovozyme 188（Sigma-Aldrich社）を５：１の割合で混合したものを６ＦＰＵ／ｇバイオマスとなるようにしたものを用いた。グルコース濃度の測定には、バイオセンサＢＦ−５（王子計測機器社）を用い、操作の詳細は付属のプロトコールに従った。
【００４７】
得られたグルコース濃度（％）をもとに、各バイオマス中に含有されるセルロース中のグルコースユニット数を１００とした場合の糖への変換効率を、以下の計算式に従って算出した。なお、セルロース中のグルコースユニット数はバイオマス試料の成分分析結果に基づいて求めた。
【００４８】
【数１】
【００４９】
結果
それぞれの処理溶液のグルコース変換効率をグラフにまとめたものを図１に示した。また、対照としてイミダゾリウム塩を加えない他は同様に処理したものの結果も併せて図１に示した。
【００５０】
グラフからわかるように、イミダゾリウム塩を０．１％あるいは１．０％の濃度でイオン液体に加えた処理溶液を用いたサンプルでは、いずれもイミダゾリウム塩を添加せずにイオン液体のみを用いた対照例と比較して高いグルコース変換効率を示した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物系バイオマスを、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させることを含む、植物系バイオマスの処理方法。
【請求項２】
融点１００℃以上のイミダゾリウム塩が、
カチオンとして下記式
【化１】
［式中、Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、Ｃ１−１０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ３−１０シクロアルキル基、Ｃ２−１０アルケニル基、または芳香族炭化水素基から選択される］で表されるイミダゾリウムカチオンを含み、
アニオンとして、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−、酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオンまたはビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンから選択されるアニオンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
極性溶媒が、水、イオン液体、極性有機溶媒またはこれらの２種以上の混合物から選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法により植物系バイオマスを処理した後、セルラーゼを作用させて糖を得ることを含む、植物系バイオマスから糖を製造する方法。
【請求項５】
セルラーゼがTrichoderma属の種由来のセルラーゼ、Aspergillus属の種由来のセルラーゼ、Pyrococcus属の種由来のセルラーゼ、Humicola属の種由来のセルラーゼ、Phanerochaete属の種由来のセルラーゼ、またはこれらの２種以上の混合物から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法により糖を製造した後、さらに得られた糖を発酵させることを含む、バイオ燃料の製造方法。
【請求項１】
植物系バイオマスを、融点が１００℃以上のイミダゾリウム塩と極性溶媒とを含む溶液に浸漬させることを含む、植物系バイオマスの処理方法。
【請求項２】
融点１００℃以上のイミダゾリウム塩が、
カチオンとして下記式
【化１】
［式中、Ｒ１とＲ２は、それぞれ独立して、Ｃ１−１０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ３−１０シクロアルキル基、Ｃ２−１０アルケニル基、または芳香族炭化水素基から選択される］で表されるイミダゾリウムカチオンを含み、
アニオンとして、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｌＣｌ４−、酢酸アニオン、リン酸アニオン、乳酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオンまたはビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドアニオンから選択されるアニオンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
極性溶媒が、水、イオン液体、極性有機溶媒またはこれらの２種以上の混合物から選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法により植物系バイオマスを処理した後、セルラーゼを作用させて糖を得ることを含む、植物系バイオマスから糖を製造する方法。
【請求項５】
セルラーゼがTrichoderma属の種由来のセルラーゼ、Aspergillus属の種由来のセルラーゼ、Pyrococcus属の種由来のセルラーゼ、Humicola属の種由来のセルラーゼ、Phanerochaete属の種由来のセルラーゼ、またはこれらの２種以上の混合物から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法により糖を製造した後、さらに得られた糖を発酵させることを含む、バイオ燃料の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２５４７２７（Ｐ２０１１−２５４７２７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０２５７（Ｐ２０１０−１３０２５７）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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