糖的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括下述工序(1)及工序(2)的糖的制造方法。工序(1)：在水以及選自非離子型表面活性劑及聚乙二醇中的1種以上添加劑的存在下、于pH低于7的條件下對纖維素原料進行加熱處理，從而得到處理物的工序。工序(2)：利用酶對工序(1)中得到的處理物進行糖化處理的工序。
【專利說明】糖的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及糖的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，出于對環(huán)境問題的考慮等，已進行了如下嘗試:由含有纖維素的生物材料制造糖，并通過發(fā)酵法等將其轉(zhuǎn)化為乙醇、乳酸等。在利用纖維素酶等酶對含有纖維素的生物材料進行處理、并將該纖維素糖化而制造糖的方法中，作為其前處理工序，進行使該纖維素的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生非晶化的處理、或?qū)ι镔|(zhì)進行脫木質(zhì)素的方法是有用的。例如，作為前處理工序，已知有使用氯化鋰/二甲基乙酰胺等纖維素溶劑對纖維素進行非晶化的方法(例如專利文獻I)。
[0003]另外，在利用酶對生物質(zhì)中所含的纖維素進行糖化的方法中，已知有:進行使用了過氧化氫的熱水處理作為前處理工序，從而將其中所含的木質(zhì)素分解、除去的方法(專利文獻2及3)。
[0004]另一方面，作為纖維素的糖化方法，已知有使用特定的纖維素酶將纖維素糖化的方法(專利文獻4)、在特定的非離子型表面活性劑的存在下利用纖維素分解酶將木質(zhì)纖維素材料糖化的方法(專利文獻5)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2006-223152號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2007-74992號公報
[0009]專利文獻3:日本特開2007-74993號公報
[0010]專利文獻4:日本特開2003-135052號公報
[0011]專利文獻5:國際公開公報TO2005/067531號


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]但是，專利文獻I~5中記載的方法并不能滿足糖化效率、生產(chǎn)性方面的要求，需要進一步提聞糖化效率。
[0014]用于解決課題的方法
[0015]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在特定的條件下對纖維素原料進行加熱處理、然后用酶進行糖化處理，可使上述課題得以解決。
[0016]即，本發(fā)明涉及包括下述工序(I)及工序(2)的糖的制造方法。
[0017]工序(I):在水以及選自非離子型表面活性劑及聚乙二醇中的I種以上添加劑的存在下、于pH低于7的條件下對纖維素原料進行加熱處理，從而得到處理物的工序；
[0018]工序(2):利用酶對工序(I)中得到的處理物進行糖化處理的工序。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明的糖的制造方法，能夠提高基于酶處理的纖維素的糖化效率，能夠有效地由纖維素原料制造糖。

【具體實施方式】
[0021][糖的制造方法]
[0022]本發(fā)明的糖的制造方法包括上述工序(I)及工序(2)。雖然通過本發(fā)明的制造方法使糖化效率顯著提高的理由尚不明確，但可推測如下:通過在工序(I)中的加熱處理時使特定的添加劑和纖維素原料共存，可促進半纖維素及木質(zhì)素的脫離、纖維素的低分子量化、以及纖維素比表面積的增加，從而可提高糖化效率。
[0023]〈工序(1)>
[0024]工序(I)是在水以及選自非離子型表面活性劑及聚乙二醇中的I種以上添加劑的存在下、于PH低于7的條件下對纖維素原料進行加熱處理，從而得到處理物的工序。
[0025](纖維素原料)
[0026]纖維素原料的種類沒有特別限制，可列舉:由落葉松、扁柏等針葉樹、油棕、麻櫟等闊葉樹得到的各種木材；由木材制造的木紙漿、由棉的種子周圍的纖維得到的棉短絨漿等紙漿類；報紙、瓦楞紙、雜志、優(yōu)質(zhì)紙等紙類；蔗渣(甘蔗的渣滓)、棕櫚空果串(Empty FruitBunch,以下稱為“EFB”)、稻秸、玉米莖等植物莖/葉/果串類；稻殼、棕櫚殼、椰子殼等植物殼類等。
[0027]上述之中，從提高糖化效率的觀點、獲取容易性及原料成本的觀點出發(fā)，優(yōu)選為木材、植物莖/葉/果串類，更優(yōu)選為蔗渣、EFB、油棕(樹干部)，進一步優(yōu)選為蔗渣。
[0028]本發(fā)明中所使用的纖維素原料的綜纖維素含量優(yōu)選為20質(zhì)量％以上、更優(yōu)選為40質(zhì)量％以上、進一步優(yōu)選為45質(zhì)量％以上、更進一步優(yōu)選為50質(zhì)量％以上。纖維素原料中的綜纖維素含量可利用實施例中記載的方法來測定。
[0029](纖維素原料的前處理)
[0030]從提高操作性以及提高糖化效率的觀點出發(fā)，對于本發(fā)明中所使用的纖維素原料，根據(jù)其形狀、大小的不同，優(yōu)選在進行工序(I)之前進行裁切處理、粗粉碎處理等前處理。
[0031][裁切處理]
[0032]在本發(fā)明中，根據(jù)纖維素原料的形狀、大小不同，優(yōu)選在進行工序(I)之前預(yù)先進行裁切處理。
[0033]作為對纖維素原料進行裁切處理的方法，可列舉例如使用選自粉碎機(shredder)、縱切剪機(slitter cutter)及轉(zhuǎn)割機(rotary cutter)中的I種以上裁切機的方法。
[0034]在使用片狀的纖維素原料的情況下，作為裁切機，優(yōu)選使用粉碎機或縱切剪機，從生產(chǎn)性的觀點出發(fā)，更優(yōu)選使用縱切剪機。
[0035]就縱切剪機而言，在沿片材長度方向的縱向上利用輥式切割機(roll cutter)進行縱向切割，切成細長的長條狀，接著利用固定刀和旋轉(zhuǎn)刀沿著片材的寬度方向?qū)⑵臋M向切割得較短，從而能夠容易地獲得骰子塊兒形狀的纖維素原料。作為縱切剪機，優(yōu)選使用株式會社HORAI制Sheet Pelletizer (制片機)、株式會社荻野精機制作所制SupperCutter (自動切割機)等，若使用這些裝置，則能夠?qū)⑵瑺畹睦w維素原料裁切為約I~20_見方。
[0036]在對間拔木材、修剪枝材、建筑廢材等木材類、或片狀以外的纖維素原料進行裁切的情況下，優(yōu)選使用轉(zhuǎn)割機。轉(zhuǎn)割機由旋轉(zhuǎn)刀和網(wǎng)構(gòu)成，能夠容易地獲得被旋轉(zhuǎn)刀裁切成網(wǎng)眼以下的纖維素原料。需要說明的是，根據(jù)需要還可設(shè)置固定刀，利用旋轉(zhuǎn)刀和固定刀進行裁切。
[0037]在使用轉(zhuǎn)割機的情況下，所得裁切物的大小可通過改變網(wǎng)的網(wǎng)眼來加以控制。網(wǎng)眼優(yōu)選為I~70_、更優(yōu)選為2~50_、進一步優(yōu)選為3~40_。若網(wǎng)的網(wǎng)眼為1_以上，則可獲得具有適度空間體積的裁切物，操作性提高。若網(wǎng)的網(wǎng)眼為70_以下，則在進行后述的粗粉碎處理時，可使作為被粉碎原料的材料具有適度的大小，因此能夠減輕粉碎所需的負擔(dān)。
[0038]裁切處理后所得的纖維素原料的大小優(yōu)選為I~70mm見方,更優(yōu)選為2~50mm見方。通過裁切成I~70mm見方，能夠容易且有效地進行后面的干燥處理，另外，在進行后述的粗粉碎處理時，能夠減輕粉碎所需的負擔(dān)。
[0039][粗粉碎處理]
[0040]另外，在進行工序(I)之前，優(yōu)選預(yù)先對纖維素原料進行粗粉碎處理，也可以在對纖維素原料進行裁切處理之后進一步進行粗粉碎處理。
[0041]粗粉碎處理可以使用公知的粉碎機進行。所使用的粉碎機沒有特別限定，只要是能夠使纖維素原料成為小粒子的裝置即可。
[0042]作為粉碎機的具體例，可列舉高壓輥磨機、旋轉(zhuǎn)式輥磨機等輥磨機、環(huán)輥磨機、滾柱跑軌磨(roller race mill)或球跑軌磨等立式棍磨機、筒式球磨機、振動球磨機、振動棒磨機、振動管磨機、行星式球磨機或離心流動粉碎機等容器驅(qū)動式介質(zhì)磨、塔式粉碎機、攪拌槽式磨機、流通槽式磨機或環(huán)隙式磨機等介質(zhì)攪拌式磨機、高速離心輥磨機、超磨機(angmill)等固結(jié)剪切磨、研缽、石磨、膠體磨(masscolloider)、平面磨、磨輪式碾機、刀磨機、針磨機、絞磨機等。其中，從纖維素原料的粉碎效率、及生產(chǎn)性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為容器驅(qū)動式介質(zhì)磨或介質(zhì)攪拌式磨機，更優(yōu)選為容器驅(qū)動式介質(zhì)磨，進一步優(yōu)選為振動球磨機、振動棒磨機或振動管磨機等振動磨，更進一步優(yōu)選為振動棒磨機。
[0043]作為粉碎方法，可以是間歇式或連續(xù)式中的任一種方式。
[0044]作為在粗粉碎處理中使用的裝置和/或介質(zhì)的材質(zhì)，沒有特別限制，可列舉例如鐵、不銹鋼、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、玻璃等，從使纖維素原料的結(jié)晶度降低的效率的觀點出發(fā)，優(yōu)選為鐵、不銹鋼、氧化鋯、碳化硅、氮化硅，進一步，從工業(yè)上利用的觀點出發(fā)，優(yōu)選為鐵或不銹鋼。
[0045]在所使用的裝置為振動磨、介質(zhì)為棒的情況下，從纖維素原料的粉碎效率的觀點出發(fā)，棒的外徑優(yōu)選為0.1~100mm,更優(yōu)選為0.5~50mm的范圍。如果棒的大小在上述范圍內(nèi)，則能夠有效地實現(xiàn)纖維素原料的小粒子化，并且，因混入棒的碎片等而導(dǎo)致纖維素原料受到污染的隱患小。
[0046]棒的填充率的優(yōu)選范圍因振動磨的機種而不同，但優(yōu)選為10~97%、更優(yōu)選為15~95%、進一步優(yōu)選為30~80%。填充率在該范圍內(nèi)時，纖維素原料與棒之間的接觸頻率提高，并且能夠在不妨礙棒運動的情況下提高纖維素原料的粉碎效率。這里，所述填充率是指:相對于振動磨的攪拌部容積而言的棒的表觀體積。
[0047]粗粉碎處理時的溫度沒有特別限定，從抑制操作成本及纖維素原料的劣化的觀點出發(fā)，優(yōu)選為-100~200°C，更優(yōu)選為O~150°C，進一步優(yōu)選為5~100°C。
[0048]對于粉碎時間，進行適當(dāng)調(diào)整以使得粗粉碎處理后的纖維素原料可實現(xiàn)小粒子化即可。根據(jù)所使用的粉碎機、所使用的能量等而改變，但通常為I~30分鐘，從降低纖維素原料的粒徑的觀點、及能量成本的觀點出發(fā)，優(yōu)選為2~15分鐘，更優(yōu)選為2~10分鐘。
[0049](添加劑)
[0050]在工序(I)中，從提高糖化效率的觀點出發(fā)，可使用選自非離子型表面活性劑及聚乙二醇中的I種以上添加劑。
[0051][非離子型表面活性劑]
[0052]從提高糖化效率的觀點出發(fā)，工序(I)中用作添加劑的非離子型表面活性劑優(yōu)選為具有聚氧乙烯部位、或多元醇部位的非離子型表面活性劑，更優(yōu)選為具有聚氧乙烯部位的非離子型表面活性劑。從提高糖化效率的觀點出發(fā)，非離子型表面活性劑的聚氧乙烯基的優(yōu)選平均加成摩爾數(shù)優(yōu)選為5~200，更優(yōu)選為10~150，進一步優(yōu)選為12~120。
[0053]另外，從提高糖化效率的觀點出發(fā)，非離子型表面活性劑優(yōu)選為親水性高的物質(zhì)。具體來說，優(yōu)選為通過格里芬法(Griffin法)所計算出的親水性-親油性平衡值(HLB值)為3~20的非離子型表面活性劑，更優(yōu)選HLB值為5~20，進一步優(yōu)選HLB值為8~20，進一步優(yōu)選HLB值為10~20 ，進一步優(yōu)選HLB值為12~20，更進一步優(yōu)選HLB值為16~20。
[0054]作為優(yōu)選的非離子型表面活性劑，可列舉:聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯氫化蓖麻油、山梨糖醇酐脂肪酸酯等。其中，從提高糖化效率的觀點出發(fā)，優(yōu)選為選自聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、及聚氧乙烯脂肪酸酯中的I種或2種以上，更優(yōu)選為選自聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯脂肪酸酯中的I種以上，進一步優(yōu)選為聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯。另外，更具體而言，進一步優(yōu)選為選自聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯、聚氧乙烯月桂醚、聚乙二醇單月桂酸酯、及聚乙二醇單硬脂酸酯中的I種或2種以上，更進一步優(yōu)選為選自聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯及聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯中的I種或2種以上。
[0055][聚乙二醇]
[0056]從提高糖化效率的觀點出發(fā)，可在工序(I)中用作添加劑的聚乙二醇的重均分子量優(yōu)選為200~20，000、更優(yōu)選為300~18，000、進一步優(yōu)選為400~15，000、更進一步優(yōu)選為1，000~10，000、更進一步優(yōu)選為1，500~6，000。需要說明的是，聚乙二醇的重均分子量可通過凝膠滲透色譜法(GPC法)等進行測定。
[0057]從提高糖化效率的觀點出發(fā)，工序⑴中的添加劑的使用量相對于纖維素原料的干燥重量而言優(yōu)選為0.1~100質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.2~80質(zhì)量％、進一步優(yōu)選為0.2~50質(zhì)量％、更進一步優(yōu)選為I~20質(zhì)量％。
[0058]向纖維素原料中添加添加劑的方法沒有特別限定，可以一次性添加，也可以分批添加。從使添加劑均勻地分散的觀點出發(fā)，優(yōu)選在纖維素原料與水的混合物中添加添加劑后再進行攪拌混合，或者一邊對纖維素原料與水的混合物進行攪拌、一邊添加添加劑并加以混合。另外，可以在水中添加添加劑并加以攪拌混合后再添加纖維素原料。
[0059]添加劑的添加可以在后述的加熱處理裝置中進行，也可以利用另外進行攪拌和混合的裝置進行。對于另外進行攪拌和混合的裝置，只要是能夠使上述添加劑分散在纖維素原料中的裝置就沒有特別限定?？闪信e例如螺條型混合機、漿式混合機、圓錐行星螺旋型混合機、用于粉體、高粘度物質(zhì)、樹脂等的混煉的捏合機等混合機。它們之中，更優(yōu)選水平軸型漿式混合機，具體來說，進一步優(yōu)選作為具有剪切槳(^ 3 7 〃一翼)的水平軸型漿式混合機的Loedige Mixer (中央機工株式會社制；使用特色的寬刃槳狀鏟( > 々狀3~ )的混合機、可設(shè)置剪切槳)、Ploughshare Mixer (太平洋機工株式會社制；具備基于獨自形狀的鏟槳('> 3~力翼)而實現(xiàn)的漂浮擴散混合功能和基于多級式剪切槳而實現(xiàn)的高速剪切分散功能這2種功能的混合機)。
[0060](加熱處理)
[0061]在工序(I)中，將纖維素原料在水和上述添加劑的存在下、在pH低于7的條件下進行加熱處理。優(yōu)選例如將纖維素原料的粗粉碎物在添加劑的存在下制成分散于水中的水漿料的狀態(tài)，并對該漿料進行加熱處理。
[0062]從提高漿料流動性的觀點出發(fā)，上述漿料中的纖維素原料的含量優(yōu)選為I~500g/L、更優(yōu)選為5~400g/L、進一步優(yōu)選為8~300g/L。
[0063]加熱處理并不特別限制，可采用公知的方法，可以使用間歇式、連續(xù)式等的反應(yīng)裝置來進行。所使用的反應(yīng)裝置并不特別限定，只要是能夠?qū)ι鲜鰸{料進行加熱的裝置即可。由于在PH低于7的條件下進行工序(I)的加熱處理，因此，優(yōu)選使用能夠在酸性條件下使用的反應(yīng)裝置。另外，在加壓氣氛下進行工序(I)的加熱處理時，優(yōu)選使用具備背壓閥等壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)的裝置。
[0064]就工序(I)中的加熱處理而言，從半纖維素、木質(zhì)素等夾雜物的除去、纖維素的低分子量化、以及纖維素的比表面積的增加等觀點出發(fā)，在PH低于7的條件下進行加熱處理?；谂c上述相同的觀點，PH條件優(yōu)選為pH4以下、更優(yōu)選為pH0.1~3.0、進一步優(yōu)選為pH0.5~2.7、更進一步優(yōu)選為pHl.0~2.5。作為用于pH調(diào)節(jié)的pH調(diào)節(jié)劑，可列舉例如硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸等無機酸、或甲酸、乙酸、檸檬酸等有機酸。這些之中，從半纖維素、木質(zhì)素等夾雜物的除去、纖維素的低分子量化、以及纖維素的比表面積的增加的觀點出發(fā)，優(yōu)選為鹽酸或硫酸、更優(yōu)選為硫酸。
[0065]從除去半纖維素等夾雜物、提高糖化效率以及抑制糖的過度分解的觀點出發(fā)，加熱處理溫度優(yōu)選為100~300°C的范圍，更優(yōu)選為120~250°C的范圍，進一步優(yōu)選為140~230°C的范圍。對于升溫、降溫的速度、在最高到達溫度下的保持時間，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。
[0066]另外，從半纖維素、木質(zhì)素等夾雜物的除去、纖維素的低分子量化、以及纖維素的比表面積的增加等觀點出發(fā)，工序(I)中的加熱處理時的壓力優(yōu)選為水的飽和蒸氣壓以上，更優(yōu)選為0.1~lOMPa，進一步優(yōu)選為0.2~8MPa，更進一步優(yōu)選為0.3~6MPa，特別優(yōu)選為0.5~6MPa。進行加壓時所使用的氣體可列舉例如不活潑氣體、水蒸氣、氮氣、氦氣等。需要說明的是，在加壓中，也可以不使用氣體，而通過反應(yīng)裝置所具備的背壓閥等來調(diào)節(jié)壓力。
[0067]工序(I)中的處理時間(平均滯留時間)還基于處理條件、纖維素原料的種類而不同，但從提高糖化效率及生產(chǎn)效率的觀點出發(fā)，例如在利用連續(xù)式反應(yīng)方法進行處理的情況下，從漿料達到設(shè)定溫度開始，優(yōu)選為0.5~60分鐘，更優(yōu)選為I~30分鐘，進一步優(yōu)選為I~20分鐘。
[0068]從提高糖化效率的觀點出發(fā)，優(yōu)選將加熱處理后的漿料冷卻至100°C以下、更優(yōu)選冷卻至60°C以下。通過如上所述地進行工序(I)，可得到處理物。該處理物通常以水漿料的形式獲得。
[0069]<中和工序>
[0070]在本發(fā)明的糖的制造方法中，從提高后述的工序(2)中的糖化效率的觀點出發(fā)，優(yōu)選在將工序(I)中得到的處理物供給于工序(2)之前具有用堿進行中和的工序(以下也稱作“中和工序”)。
[0071]作為用于中和工序的堿，可列舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣等無機堿，氨、各種有機胺類等有機堿，從提高生產(chǎn)性、糖化效率以及糖的收率的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣，更優(yōu)選使用氫氧化鈉或氫氧化鈣。利用堿進行中和的方法沒有特別限定，優(yōu)選以水溶液的狀態(tài)添加堿而進行中和。
[0072]中和工序后的處理物的pH優(yōu)選為4.5~7.5的范圍。
[0073]<工序⑵>
[0074]工序(2)是用酶對工序(I)中得到的處理物進行糖化處理的工序。
[0075]工序(I)中得到的處理物由于實現(xiàn)了半纖維素、木質(zhì)素等夾雜物的除去、纖維素的低分子量化、以及纖維素比表面積的增加等，因此，通過利用酶對其進行處理，可有效地獲得葡萄糖或木糖這樣的單糖、纖維二糖、纖維三糖、木二糖、木三糖這樣的寡聚糖等的混合物。若考慮到在糖化處理后用于乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵的情況等，優(yōu)選分解至單糖。
[0076]作為在工序(2)中使用的酶，從提高糖化效率的觀點出發(fā)，可列舉纖維素酶、半纖維素酶。
[0077]在此，所述纖維素酶是指，水解纖維素的β-1，4_葡聚糖的糖苷鍵的酶，是被稱為內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶或纖維二糖水解酶、及葡糖苷酶等的酶的總稱。作為可用于本發(fā)明的纖維素酶，包括市售的纖維素酶制劑、或動物、植物、微生物來源的纖維素酶。
[0078]作為纖維素酶的具體例，可列舉:Celluclast 1.5L (Novozyms公司制、商品名)等里氏木霉(Trichoderma reesei)來源的纖維素酶制劑、嗜堿芽孢桿菌(Bacillussp.)KSM-N145(FERM P-19727)株來源的纖維素酶、或嗜堿芽孢桿菌(Bacillus sp.)KSM-N252 (FERM P-17474)、嗜堿芽孢桿菌(Bacillus sp.) KSM-Nl 15 (FERM P-19726)、嗜堿芽孢桿菌(Bacillus sp.)KSM-N440 (FERM P-19728)、嗜堿芽孢桿菌(Bacillus sp.)KSM-N659 (FERM P-19730)等各株來源的纖維素酶、以及綠色木霉菌(Trichodermaviride)、棘抱曲菌(Aspergillus acleatus)、熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)、幾堆梭菌(Clostridium stercorarium)、約氏梭菌(Clostridium josui)幾喊纖維單胞菌(Cellulomonas fimi)、絲狀菌(Acremonium celluloriticus)、白奉巴齒菌(Irpex Iacteus)、黑曲菌(Aspergillus niger)、特異腐質(zhì)霉(Humicola insolens)來源的纖維素酶混合物、超嗜熱古菌(Pyrococcus horikoshii)來源的耐熱性纖維素酶等。其中，優(yōu)選里氏木霉(Trichoderma reesei)、綠色木霉菌(Trichoderma viride)、或特異腐質(zhì)霉(Humicolainsolens)來源的纖維素酶，例如優(yōu)選使用Celluclastl.5L(Novozyms公司制、商品名)、TP-60(明治制果株式會社制、商品名)、CellicCTec2 (Novozyms公司制、商品名)、Accellerase DUTE(Genencor 公司制、商品名)、或Ultraflo L(Novozyms 公司制、商品名)。
[0079]另外，作為纖維素酶的I種的β -葡糖苷酶的具體例，可列舉:黑曲菌(Aspergillus niger)來源的酶(例如，Novozyml88 (Novozyms 公司制、商品名)、Megazyme公司制β-葡糖苷酶)、里氏木霉(Trichoderma reesei)、埃默森籃狀青霉(Penicilliumemersonii)來源的酶等。
[0080]另外，作為半纖維素酶的具體例，除了 CellicHTec2 (Novozyms公司制、商品名)等里氏木霉(Trichoderma reesei)來源的半纖維素酶制劑、嗜堿芽孢桿菌(Bacillussp.)KSM-N546 (FERM P-19729)來源的木聚糖酶以外，還可以列舉:黑曲菌(Aspergillusniger)、綠色木霉菌(Trichoderma viride)、特異腐質(zhì)霉(Humicola insolens)、嗜堿芽孢桿菌(Bacillus alcalophilus)來源的木聚糖酶、以及嗜熱絲孢菌屬(Thermomyces)、短柄霉屬(Aureobasidium)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、梭菌屬(Clostridium)、熱袍菌屬(Thermotoga)、嗜熱子囊菌屬(Thermoascus)、纖維菌屬(Caldocellum)、高溫單孢菌屬(Thermomonospora)屬來源的木聚糖酶等。
[0081]從提高糖化效率的觀點出發(fā)，工序(2)中使用的酶優(yōu)選為選自上述纖維素酶及半纖維素酶中的I種以上。
[0082]在工序(2)中，用酶對纖維素原料進行糖化處理時的處理條件可根據(jù)纖維素原料中的纖維素的結(jié)晶度、所使用的酶的種類而適當(dāng)選擇。
[0083]例如，在將蔗渣(甘蔗的渣滓)來源的纖維素原料作為基質(zhì)的情況下，通過在0.5~40% (w/v)的基質(zhì)懸浮液中以酶蛋白量相對于基質(zhì)為0.04~600質(zhì)量％的方式添加酶，并使反應(yīng)在PH210的緩沖液中、反應(yīng)溫度10~90°C、反應(yīng)時間30分鐘~5日、優(yōu)選
0.5~3天的條件下反應(yīng)，由此可實現(xiàn)糖的制造。
[0084]上述緩沖液的pH優(yōu)選根據(jù)所使用的酶的種類而適當(dāng)選擇，優(yōu)選為pH3~7、更優(yōu)選為pH4~6。
[0085]另外，上述反應(yīng)溫度優(yōu)選根據(jù)所使用的酶的種類而適當(dāng)選擇，優(yōu)選為20~70°C、更優(yōu)選為40~60°C。
[0086]在上述實施方式的基礎(chǔ)上，本發(fā)明公開以下制造方法。
[0087]<1> 一種糖的制造方法，其包括下述工序(I)及工序(2)。
[0088]工序(I):在水以及選自非離子型表面活性劑及聚乙二醇中的I種以上添加劑的存在下，在pH低于7、優(yōu)選pH4以下、更優(yōu)選pH3.0以下、進一步優(yōu)選pH2.7以下、更進一步優(yōu)選PH2.5以下、且優(yōu)選pH0.1以上、更優(yōu)選pH0.5以上、進一步優(yōu)選pHl.0以上、并且優(yōu)選pH4以下、更優(yōu)選pH0.1~3.0、進一步優(yōu)選pH0.5~2.7、更進一步優(yōu)選pHl.0~2.5的條件下，對纖維素原料進行加熱處理，從而得到處理物的工序。
[0089]工序(2):利用酶對在工序(I)中得到的處理物進行糖化處理的工序。
[0090]<2>根據(jù)上述〈1>所述的糖的制造方法，其包括下述工序:在將工序(I)中得到的處理物供給于工序(2)之前，利用堿，、優(yōu)選利用選自氫氧化鈉、氫氧化鉀及氫氧化鈣中的I種以上、更優(yōu)選利用氫氧化鈉或氫氧化鈣來進行中和。
[0091]<3>根據(jù)上述〈1>或〈2>所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑的HLB值為3以上且20以下、優(yōu)選為5以上且20以下，并且為3~20、優(yōu)選為5~20。
[0092]<4>根據(jù)上述〈1>~〈3>中任一項所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑的HLB值為8以上且20以下、優(yōu)選為10以上且20以下，并且為8~20、優(yōu)選為10~20。
[0093]<5>根據(jù)上述〈1>~〈4>中任一項所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑的HLB值為12以上且20以下、優(yōu)選為16以上且20以下，并且為12~20、優(yōu)選為16~20。
[0094]<6>根據(jù)上述〈1>~〈5>中任一項所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑為選自聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、及聚氧乙烯脂肪酸酯中的I種或2種以上，優(yōu)選為選自聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯、聚氧乙烯月桂醚、聚乙二醇單月桂酸酯、及聚乙二醇單硬脂酸酯中的I種或2種以上。
[0095]<7>根據(jù)上述〈6>所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑為聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯，優(yōu)選為選自聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯及聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯中的I種或2種以上。
[0096]<8>根據(jù)上述〈1>~〈7>中任一項所述的糖的制造方法，其中，聚乙二醇的重均分子量為200以上、優(yōu)選為300以上、更優(yōu)選為400以上、且為20，000以下、優(yōu)選為18，000以下、更優(yōu)選為15,000以下、并且為200~20，000、優(yōu)選為300~18，000、更優(yōu)選為400~15，000。
[0097]〈9>根據(jù)上述〈1>~〈8>中任一項所述的糖的制造方法，其中，聚乙二醇的重均分子量為1，000以上、優(yōu)選為1，500以上、且為10,000以下、優(yōu)選為6,000以下、并且為
I,000 ~10，000、優(yōu)選為 I, 500 ~6，000。
[0098]〈10>根據(jù)上述〈1>~〈9>中任一項所述的糖的制造方法，其中，工序(I)中添加劑的使用量相對于纖維素原料的干燥重量為0.1質(zhì)量％以上、優(yōu)選為0.2質(zhì)量％以上、更優(yōu)選為I質(zhì)量％以上、且為80質(zhì)量％以下、優(yōu)選為50質(zhì)量％以下、更優(yōu)選為20質(zhì)量％以下、并且為0.1~100質(zhì)量％、優(yōu)選為0.2~80質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.2~50質(zhì)量％、進一步優(yōu)選為I~20質(zhì)量％。
[0099]〈I 1>根據(jù)上述〈1>~〈10>中任一項所述的糖的制造方法，其中，工序(I)中的加熱處理溫度為100°c以上、優(yōu)選為120°C以上、更優(yōu)選為140°C以上、且為300°C以下、優(yōu)選為250°C以下、更優(yōu)選為230°C以下、并且為100~300°C的范圍、優(yōu)選為120~250°C的范圍、更優(yōu)選為140~230°C的范圍。
[0100]〈12>根據(jù)上述〈1>~〈11>中任一項所述的糖的制造方法，其中，工序(I)中的加熱處理時的壓力為水的飽和蒸氣壓以上、優(yōu)選為0.1MPa以上、更優(yōu)選為0.2MPa以上、進一步優(yōu)選為0.3MPa以上、更進一步優(yōu)選為0.5MPa以上、且為1MPa以下、優(yōu)選為8MPa以下、更優(yōu)選為6MPa以下、并且優(yōu)選為0.1~lOMPa、更優(yōu)選為0.2~8MPa、進一步優(yōu)選為0.3~6MPa、更進一步優(yōu)選為0.5~6MPa。
[0101]〈13>根據(jù)上述〈1>~〈12>中任一項所述的糖的制造方法，其中，在工序(I)中，在上述添加劑的存在下對下述水漿料進行加熱處理，所述水漿料中的纖維素原料的粗粉碎物的含量為lg/L以上、優(yōu)選為5g/L以上、更優(yōu)選為8g/L以上、且為500g/L以下、優(yōu)選為400g/L以下、更優(yōu)選為300g/L以下、并且為I~500g/L、優(yōu)選為5~400g/L、更優(yōu)選為8~300g/L。
[0102]〈14>根據(jù)上述〈1>~〈13>中任一項所述的糖的制造方法，其中，工序(2)中使用的酶為選自纖維素酶及半纖維素酶中的I種以上。
[0103]〈15>根據(jù)上述〈1>~〈14>中任一項所述的糖的制造方法，其中，在工序(2)中，在PH2以上、優(yōu)選pH3以上、更優(yōu)選pH4以上、且pH1以下、優(yōu)選pH7以下、更優(yōu)選pH6以下、并且pH2~10、優(yōu)選pH3~7、更優(yōu)選pH4~6的緩沖液中，對纖維素原料進行糖化處理。
[0104]〈16>根據(jù)上述〈1>~〈15>中任一項所述的糖的制造方法，其中，在工序(2)中，利用酶對纖維素原料進行糖化處理時的反應(yīng)溫度為10°C以上、優(yōu)選20°C以上、更優(yōu)選40°C以上、且為90°C以下、優(yōu)選70°C以下、更優(yōu)選60°C以下、并且為10~90°C、優(yōu)選20~70°C、更優(yōu)選40~60°C。
[0105]實施例
[0106]在以下的實施例中，“V’在沒有特別說明的情況下以及除了結(jié)晶度)以外，表示“質(zhì)量％ ”。另外，作為纖維素原料中的纖維素含量，使用綜纖維素含量。
[0107](I)纖維素原料中的綜纖維素含量的計算
[0108]將經(jīng)粉碎后的纖維素原料用乙醇-二氯乙烷混合溶劑(I: I)進行6小時的索氏提取，將提取后的樣品在60°C下進行真空干燥。在所得的試樣2.5g中添加水150mL、亞氯酸鈉1.0g及乙酸0.2mL,在70~80°C下加熱I小時。接著，重復(fù)進行3~4次添加亞氯酸鈉及乙酸并進行加熱的操作直至試樣脫色為白色。用玻璃過濾器(1G-3)過濾白色的殘渣，并用冷水及丙酮進行洗滌，然后在105°C下干燥至恒重，求出殘渣重量。通過下式計算出綜纖維素含量，將其作為纖維素含量。
[0109]纖維素含量 (質(zhì)量％ )=[殘渣重量(g)/纖維素原料的以干燥原料換算的取樣量(g) 1X100
[0110](2)脫水葡萄糖單元(AGU)摩爾數(shù)的計算
[0111]假定纖維素原料中的綜纖維素全部為纖維素，基于下式計算出了 AGU摩爾數(shù)。
[0112]AGU摩爾數(shù)=綜纖維素重量(g)/162
[0113](3)纖維素原料的水分量的測定
[0114]纖維素原料的水分量的測定使用的是紅外線水分儀(株式會社Kett ElectricLaboratory制造、制品名“FD-610”)。在150°C下進行測定，以30秒內(nèi)的重量變化率達到
0.1%以下的點作為測定的終點。將所測得的水分量的值換算成相對于纖維素原料的干燥重量的質(zhì)量％。
[0115](4)糖化率的測定
[0116]在實施例及比較例中，基于DNS法(《生物化學(xué)實驗法還原糖的定量法(日文:生物化學(xué)実験法還元糖G定量法)》學(xué)會出版中心)，按照以下的步驟進行了糖的定量。
[0117]在工序(2)的糖化處理結(jié)束后，通過離心分離分離出了沉淀物和上清液。在DNS溶液(0.5% -3，5-二硝基水楊酸、30% -酒石酸鈉鉀四水合物、1.6% -氫氧化鈉)ImL中添加適量的上清液，在100°C下加熱顯色5分鐘，冷卻后，在波長535nm下進行比色定量。根據(jù)以葡萄糖作為標準糖的校正曲線，對上清液中的還原糖量進行了定量。
[0118]由所得的還原糖量的值，求出糖化率。糖化率可基于下述的計算式算出。
[0119]糖化率)=上清中的還原糖量濃度(g/ml)/(纖維素原料濃度(g/ml (以干燥原料換算))X綜纖維素含量(g/g-纖維素原料)/0.9 (葡萄糖的分子量/AGU的分子量))
[0120]實施例1[0121 ](纖維素原料的粗粉碎處理)
[0122]將作為纖維素原料的蔗渣[甘蔗的渣滓、綜纖維素含量71.3質(zhì)量％、結(jié)晶度29%、水分量7.0質(zhì)量％ ]投入到間歇式振動磨(中央化工機株式會社制、商品名“MB-1”:容器總?cè)莘e3.5L，作為棒，使用的是(p30m.m、長218mm、剖面形狀為圓形的SUS304制棒13根，
棒填充率57% )中，進行5分鐘的粉碎處理，得到粗粉碎處理物。
[0123](工序(I))
[0124]將粗粉碎處理物150mg (干燥重量)和IM-硫酸65mg、作為添加劑的非離子型表面活性劑聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯(花王株式會社制、商品名“RHE0D0L TW-L120”、HLB值:16.7) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于鹿洛的干燥重量為10質(zhì)量％的量)、以及離子交換水2388mg(使纖維素原料達到約6質(zhì)量％的量)加入到玻璃制的專用反應(yīng)容器中，充分地進行攪拌后，用微波加熱裝置(B10TAGE公司制、商品名“initiator sixty”)在壓力
1.0MPa、溫度180°C下加熱2分鐘，得到了處理物。加熱處理時的pH為1.8。
[0125](中和工序)
[0126]將所得的處理物冷卻至室溫后，在同一容器內(nèi)添加IM-氫氧化鈉水溶液130mg來進行中和。然后，添加10mM乙酸緩沖液0.3ml并定容至3ml，進行調(diào)節(jié)所得pH達到5.0。
[0127](工序⑵)
[0128]相對于中和后的處理物(以干燥原料換算相當(dāng)于150mg)，加入纖維素酶的酶標樣CellicCTec2 (Novozyms公司制、商品名)、并使酶蛋白量達到1.5mg,在進行振蕩攪拌的同時、于50°C下進行24小時糖化處理。
[0129]反應(yīng)結(jié)束后，通過離心分離將沉淀物與上清液分離，通過上述的DNS法對上清液中游離的還原糖量進行定量，求出了糖化率。結(jié)果示于表1。
[0130]實施例2
[0131]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的聚氧乙烯山梨糖醇酐硬脂酸酯(花王株式會社制、商品名“RHE0D0L TW-S120”、HLB值:14.9) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0132]實施例3
[0133]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的山梨糖醇酐單硬脂酸酯(花王株式會社制、商品名“RHE0D0L SP-S10V”、HLB值:4.7) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0134]實施例4
[0135]作為添加劑，使用的是聚乙二醇(ALDRICH公司制、平均分子量4，400) 15mg (有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0136]實施例5
[0137]作為添加劑，使用的是聚乙二醇(MP B1medicals公司制、平均分子量8，000) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于鹿洛的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0138]實施例6
[0139]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的聚氧乙烯月桂醚(花王株式會社制、商品名“EMULGEN 120”、HLB值:15.3) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0140]實施例7
[0141]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的聚乙二醇單月桂酸酯(花王株式會社制、商品名“ΕΜΑΝ0Ν 1112”、HLB值:13.7) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果不于表1。
[0142]實施例8
[0143]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的聚乙二醇單硬脂酸酯(花王株式會社制、商品名“EMANON 3199V”、HLB值:19.4) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果不于表1。
[0144]實施例9
[0145]作為添加劑， 使用的是作為非離子型表面活性劑的山梨糖醇酐單月桂酸酯(花王株式會社制、商品名“RHE0D0L SP-L10”、HLB值:8.6) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0146]實施例10
[0147]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯(花王株式會社制、商品名“RHE0D0L 460V”、HLB值:13.8) 15mg (有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0148]比較例I
[0149]作為添加劑，使用的是作為非離子型表面活性劑的山梨糖醇酐單硬脂酸酯(花王株式會社制、商品名“RHE0D0L SP-S10GV”、HLB值:4.7) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于蔗渣的干燥重量為10質(zhì)量％的量)，并且不在工序(I)中添加而是在工序(2)中添加該添加劑，以及將工序(I)中的離子交換水的量改變?yōu)楸?所示的量，除此以外，利用與實施例I相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0150]比較例2
[0151]作為添加劑，使用的是聚乙二醇(MP B1medicals公司制、平均分子量8，000) 15mg(有效成分:15mg、相當(dāng)于相對于鹿洛的干燥重量為10質(zhì)量％的量),并且不在工序(I)中添加而是在工序(2)中添加該添加劑，以及將工序(I)中的離子交換水的量改變?yōu)楸?所示的量，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1。
[0152]比較例3
[0153]在不添加添加劑的情況下進行了工序(I)，并且將工序(I)中的離子交換水的量改變?yōu)楸?所示的量，除此以外，利用與實施例1相同的方法進行了糖的制造。結(jié)果示于表1
[0154][表1]
[0155]

【權(quán)利要求】
1.糖的制造方法，其包括下述工序(I)及工序(2): 工序(I):在添加劑及水的存在下，于pH低于7的條件下對纖維素原料進行加熱處理而得到處理物的工序，所述添加劑為選自非離子型表面活性劑及聚乙二醇中的I種以上； 工序(2):利用酶對工序(I)中得到的處理物進行糖化處理的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖的制造方法，其包括下述工序:在將工序(I)中得到的處理物供給于工序(2)之前，利用堿對該處理物進行中和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑的HLB值為3~20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑的HLB值為8~20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑的HLB值為12~20。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑為選自聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、及聚氧乙烯脂肪酸酯中的I種或2種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的糖的制造方法，其中，非離子型表面活性劑為聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項所述的糖的制造方法，其中，聚乙二醇的重均分子量為200 ~20，000。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項所述的糖的制造方法，其中，聚乙二醇的重均分子量為I, 000 ~10，000。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項所述的糖的制造方法，其中，工序(I)中添加劑的使用量相對于纖維素原料的干燥重量為0.1~100質(zhì)量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項所述的糖的制造方法，其中，工序(I)中的加熱處理溫度為100~300°C。
【文檔編號】C13K1/02GK104169430SQ201380012969
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】矢野聰宏 申請人:花王株式會社