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バイオマスの糖化・回収方法

国内特許コード P09A015209
掲載日 2010年3月5日
出願番号 特願2007-112671
公開番号 特開2008-266228
登録番号 特許第5263859号
出願日 平成19年4月23日(2007.4.23)
公開日 平成20年11月6日(2008.11.6)
登録日 平成25年5月10日(2013.5.10)
発明者
  • 徳安 健
出願人
  • 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構
発明の名称 バイオマスの糖化・回収方法
発明の概要

【課題】 バイオマス原料の硫酸処理後に、硫酸水溶液中の多糖あるいはオリゴ糖を効率よく硫酸水溶液から分離・回収できる技術を提供すること。
【解決手段】 バイオマス原料の硫酸処理後に溶出した多糖あるいはオリゴ糖を、硫酸水溶液中における多糖あるいはオリゴ糖との結合活性を有する不溶性素材を用いて、硫酸水溶液と分離することを特徴とする、バイオマスの糖化・回収方法、鉱物の酸処理工程を経て調製された無機物を有効成分とする、多糖あるいはオリゴ糖用吸着剤、これを用いた糖分析用または糖分取用カラム、並びにこれを用いた糖の分析または分取方法を提供する。
【選択図】 なし

従来技術、競合技術の概要


バイオ燃料への世界的ニーズの高まりに対応して、糖質系バイオマス由来のバイオエタノール製造技術開発競争が世界的規模で繰り広げられている。特に、食料資源と競合しないリグノセルロース系バイオマスの利用技術開発が、欧米のみならず我が国においても最も重要なブレイクスルーとなりうると考えられている。



リグノセルロース系バイオマスの糖化技術開発は200年の歴史を有している。酸糖化を中心に展開した糖化技術開発については、一時は、硫酸を用いた国産実用機の稼働に漕ぎ着けたが、硫酸回収プロセス上の問題が顕在化し、間もなく操業停止となり、硫酸回収問題は、「濃硫酸法の生命線」といわれてきた。もしも、糖分離・硫酸回収技術が開発された場合には、これまでの硫酸糖化法の見直しが急速に加速し、実用化の可能性が飛躍的に向上する。



また、馬鈴薯、甘藷、トウモロコシ、稲、ムギ、キャッサバ、サゴ等をホールプラントとして利用してエタノールを生産する際には、澱粉とセルロースを両方含む混合物からの簡単な糖化法の開発が求められる。単数あるいは複数ステップの硫酸処理により澱粉とセルロースを両方抽出し、グルコースの回収率を向上させるための技術開発がポイントとなる。



また、食品産業等では、様々な多糖バイオマスを酸糖化により低分子化し、オリゴ糖または単糖を回収する工程、特に用いる酸を効率的に回収する工程の開発が求められている。キチン質バイオマスの低分子化に際しても、糖質の回収時に酸を希釈する必要があるため、酸の回収・再利用が困難となる。その他の植物、海藻、動物、微生物由来のバイオマス原料からも、有用な糖質を安価に回収する技術が求められている。



さらに、糖質を効率的に吸着し、その相互作用の程度の差により、異なる構造の糖質の分離、または糖質と糖質以外の物質との分離を行うための吸着剤や分析・分取方法などが求められている。

産業上の利用分野


本発明は、バイオマスの硫酸糖化工程に関連するものである。セルロース、澱粉やキチンなどを含む原料を硫酸加水分解した際に生成する、硫酸可溶性オリゴ糖や多糖に対して適度な親和性をもつ不溶性素材を利用して、硫酸と糖の分離を行う。また、該不溶性素材に吸着したオリゴ糖や多糖を希硫酸条件下で加水分解し、低分子オリゴ糖や単糖に変換して回収する。

特許請求の範囲 【請求項1】
バイオマス原料の硫酸処理後に溶出した多糖あるいはオリゴ糖を、タルク、パイロフィライト、ゼオライト、スメクタイト、酸性白土、セピオライト、パリゴルスカイト、バーミキュライト、マイカ、緑泥石、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、蛇紋石、およびモンモリロナイトからなる群から選ばれた1種以上の鉱物の酸処理工程を経て調製された無機物を有効成分とする不溶性素材を用いて、硫酸水溶液と分離することを特徴とする、バイオマスの糖化・回収方法。

【請求項2】
不溶性素材の有効成分が活性白土である、請求項1に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項3】
硫酸水溶液と分離した後、不溶性素材に結合した多糖あるいはオリゴ糖を加水分解し、低分子オリゴ糖あるいは単糖として溶出させることを特徴とする、請求項1又は2に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項4】
硫酸水溶液と分離した後、不溶性素材に接触させる硫酸水溶液濃度を64wt%以下に低下させて、不溶性素材に対する糖の結合性を低下させることによって、不溶性素材に結合した糖を遊離させることを特徴とする、請求項1又は2に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項5】
不溶性素材がカラムに充填され、カラムクロマト法により不溶性素材と糖の結合および硫酸水溶液と糖の分離を行うことを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項6】
不溶性素材を再使用することを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項7】
バイオマス原料がセルロースを含むことを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項8】
バイオマス原料が、稲わら、籾殻、麦わら、コーンストーバ、バガス、単子葉植物茎葉、竹、芋、双子葉草本植物茎葉、広葉樹材、および針葉樹材からなる群から選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項9】
バイオマス原料が澱粉および/または砂糖を蓄積する植物体の一部または全部であることを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項10】
バイオマス原料がキチンを含むことを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のバイオマスの糖化・回収方法。

【請求項11】
タルク、パイロフィライト、ゼオライト、スメクタイト、酸性白土、セピオライト、パリゴルスカイト、バーミキュライト、マイカ、緑泥石、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、蛇紋石、およびモンモリロナイトからなる群から選ばれた1種以上の鉱物の酸処理工程を経て調製された無機物を有効成分とする、硫酸水溶液中の多糖あるいはオリゴ糖用吸着剤。

【請求項12】
鉱物の酸処理工程を経て調製された無機物が活性白土である、請求項11に記載の多糖あるいはオリゴ糖用吸着剤。

【請求項13】
請求項11又は12に記載の吸着剤を用いた、糖分析用または糖分取用カラム。

【請求項14】
請求項13に記載のカラムを用いた、糖の分析または分取方法。
産業区分
  • 有機化合物
  • 処理操作
  • その他無機化学
  • 高分子化合物
  • 廃棄物処理
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中


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