特許 6794832 糖液の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6794832

(24)【登録日】2020年11月16日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】糖液の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C12P 19/14 20060101AFI20201119BHJP

   B09B 3/00 20060101ALI20201119BHJP

   B01D 61/14 20060101ALI20201119BHJP

   C12N 9/24 20060101ALN20201119BHJP

   C13K 1/02 20060101ALN20201119BHJP

【ＦＩ】

   C12P19/14 AZAB

   B09B3/00 304Z

   B01D61/14 500

   !C12N9/24

   !C13K1/02

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-526255(P2016-526255)

(86)(22)【出願日】2016年3月23日

(86)【国際出願番号】JP2016059079

(87)【国際公開番号】WO2016152883

(87)【国際公開日】20160929

【審査請求日】2019年2月1日

(31)【優先権主張番号】特願2015-61103(P2015-61103)

(32)【優先日】2015年3月24日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】旭 裕佳

(72)【発明者】

【氏名】南野 淳

(72)【発明者】

【氏名】栗原 宏征

(72)【発明者】

【氏名】日笠 雅史

(72)【発明者】

【氏名】山田 勝成

【審査官】 松原 寛子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０６７７８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１３６７１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｐ １９／１４

Ｂ０１Ｄ ６１／１４

Ｂ０９Ｂ ３／００

Ｃ１２Ｎ ９／２４

Ｃ１３Ｋ １／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルロース含有バイオマス由来の糖液の製造方法であって、
セルロース含有バイオマスを化学パルプ化して得られたリグニン含有率８．５％以下の前処理物を糖化して糖化液を得る工程（ａ）、
工程（ａ）で得られた糖化液を直接精密ろ過膜でろ過し、透過側から糖液を得ながら、非透過側の膜面にケークを形成させる工程（ｂ）、
工程（ｂ）で膜面に形成されたケークを膜から剥離し回収する工程（ｃ）、
を含むことを特徴とする糖液の製造方法。

【請求項2】

前記セルロース含有バイオマス前処理物のリグニン含有率が６％以下であることを特徴とする請求項１に記載の糖液の製造方法。

【請求項3】

工程（ｂ）のろ過方式がクロスフローろ過であることを特徴とする請求項１または２に記載の糖液の製造方法。

【請求項4】

前記クロスフローろ過の膜面線速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ〜３０ｃｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項３に記載の糖液の製造方法。

【請求項5】

工程（ｃ）の回収方法が、膜面に形成されたケークを逆洗浄及び／又は空気洗浄によって回収することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の糖液の製造方法。

【請求項6】

前記逆洗浄がｐＨ６以上の水溶液を用いることを特徴とする請求項５に記載の糖液の製造方法。

【請求項7】

さらに工程（ｃ）で得られた回収物を固液分離し、液体画分を回収する工程（ｄ）、を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の糖液の製造方法。

【請求項8】

工程（ｄ）において、工程（ｃ）で得られた回収物をｐＨ６以上に調整して固液分離することを特徴とする請求項７に記載の糖液の製造方法。

【請求項9】

工程（ｄ）で得られた液体画分を工程（ａ）に供することを特徴とする請求項７または８に記載の糖液の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セルロース含有バイオマスから糖液を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化や石油資源の枯渇といった問題やカーボンニュートラルの観点から、バイオマスによる石油製品の代替が注目されており、その中でも、食料と競合しない非可食のセルロース含有バイオマスからのエタノールや化学品の生産が期待されている。

【0003】

セルロース含有バイオマスからエタノールや化学品を生産するためには、最初にセルロース含有バイオマスを前処理して多糖類であるセルロースやヘミセルロースを糖化し、続いて糖化液の中に含まれる発酵可能な糖以外の固形分や発酵阻害物質を除去し、発酵に適する糖濃度まで濃縮、精製する一連のプロセスが必要となる。これまで、糖化工程で得られた糖化液から固形分を除去する方法としては、スクリュープレスやフィルタープレスを用いる方法（特許文献１、２）、遠心分離を用いる方法（特許文献３）などが検討されている。

【0004】

しかし、これら固液分離装置は大型であり、設備費・運転コストの面でコストがかかるという課題があった。また、これらの固液分離装置では、除ききれないセルロース含有バイオマス由来の膜の目詰まり成分があり、固形分の除去が不十分であると、後段の精製や濃縮の工程に負荷がかるため、大型の固液分離装置で処理した後に精密ろ過膜にて処理をする技術（特許文献４）も提案されているが、さらなる糖液精製プロセスのコスト増加を招いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表平９−５０７３８６号公報

【特許文献2】特開２０１３−１４３９３２号公報

【特許文献3】特開昭６１−２３４７９０号公報

【特許文献4】特開２０１１−２２３９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

セルロース含有バイオマス由来の糖液を製造する工程において、従来、バイオマス前処理物を糖化して得られた糖化液をフィルタープレス、スクリュープレス、遠心分離等で固液分離していたが、設備の大型化、運転コスト等の課題があった。さらに本発明者は、リグニン含有率が８．５％以下のセルロース含有バイオマス前処理物を糖化して得られた糖化液は、フィルタープレス、スクリュープレス、遠心分離といった従来の固液分離方法では、分離が不十分な場合があるという新しい課題を見出した。本発明は、リグニン含有率が８．５％以下のバイマス前処理物を糖化して、得られた糖化液を精密ろ過膜で直接ろ過することによって、大型の固液分離装置を使用することなく、糖液製造プロセスの大幅なコスト削減を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、上述の問題を解決するため、様々な固液分離方法につき鋭意検討を行った結果、リグニン含有率８．５％以下のセルロース含有バイオマス前処理物の糖化液を精密ろ過膜で処理することで糖液を得ることができ、さらには前記精密ろ過膜の膜面に形成されるケークを膜から剥離して回収することで膜の目詰まりを抑制しながら、精密ろ過膜での固液分離が可能であることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成されたものである。

【0008】

すなわち、本発明は以下の（１）〜（１０）の構成を有する。
（１）セルロース含有バイオマス由来の糖液の製造方法であって、
セルロース含有バイオマスを前処理して得られたリグニン含有率８．５％以下の前処理物を糖化して糖化液を得る工程（ａ）、
工程（ａ）で得られた糖化液を精密ろ過膜でろ過し、透過側から糖液を得ながら、非透過側の膜面にケークを形成させる工程（ｂ）、
工程（ｂ）で膜面に形成されたケークを膜から剥離し回収する工程（ｃ）、
を含むことを特徴とする糖液の製造方法。
（２）前記セルロース含有バイオマス前処理物が化学パルプであることを特徴とする（１）に記載の糖液の製造方法。
（３）前記セルロース含有バイオマス前処理物のリグニン含有率が６％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の糖液の製造方法。
（４）工程（ｂ）のろ過方式がクロスフローろ過であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかにに記載の糖液の製造方法。
（５）前記クロスフローろ過の膜面線速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ〜３０ｃｍ／ｓｅｃであることを特徴とする（４）に記載の糖液の製造方法。
（６）工程（ｃ）の回収方法が、膜面に形成されたケークを逆洗浄及び／又は空気洗浄によって回収することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の糖液の製造方法。
（７）前記逆洗浄がｐＨ６以上の水溶液を用いることを特徴とする（６）に記載の糖液の製造方法。
（８）さらに工程（ｃ）で得られた回収物を固液分離し、液体画分を回収する工程（ｄ）、
を含むことを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の糖液の製造方法。
（９）工程（ｄ）において、工程（ｃ）で得られた回収物をｐＨ６以上に調整して固液分離することを特徴とする（８）に記載の糖液の製造方法。
（１０）工程（ｄ）で得られた液体画分を工程（ａ）に供することを特徴とする（８）または（９）に記載の糖液の製造方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、リグニン含有率８．５％以下のセルロース含有バイオマス前処理物を糖化して得られた糖化液を精密ろ過膜によってろ過し、透過側に糖液を得ながら、非透過側の膜面に効率的にケークを形成させ、そのケークを膜から剥離して回収することによってセルロース含有バイオマスの酵素糖化液の固形分を分離でき、大型で設備コストのかかる固液分離装置を用いることなく、低コストで糖液を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】固形分剥離方法による差圧上昇傾向の違いを示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

セルロース含有バイオマスとは、グルコースがβ−１，４結合したポリマーであるセルロースを含有するバイオマスであり、バガス、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、コーンコブ、コーンストーバー、稲わら、麦わらなどの草本系バイオマス、廃材、パルプ、古紙、木材などの木本系バイオマスなどを例として挙げることができる。一般的にこのようなセルロース含有バイオマスはセルロースの他に多糖類であるヘミセルロースとフェニルプロパノイドポリマーであるリグニンを主要成分として含有している。

【0012】

セルロース含有バイオマスには、リグニンが多糖類を覆うように分布し、酵素が多糖類に作用することを阻害する。そのため、糖化を行う前に、セルロース含有バイオマスに機械的・化学的な前処理を加えてリグニンを部分分解するか除去することが一般的である。本発明の工程（ａ）では、このような前処理を施したリグニン含有率８．５％以下のセルロース含有バイオマス前処理物から糖化液を得ることを特徴とする。

【0013】

リグニン含有率８．５％以下のセルロース含有バイオマス前処理物とは、前処理によってリグニンを除去し、リグニン含有率を８．５％以下に処理したものでもよい。前処理の方法は特に限定されず、リグニンを分解する白色腐朽菌や白色腐朽菌の生産する酵素を用いた方法や、化学パルプ化が挙げられるが、化学パルプ化によってリグニンを除去した化学パルプがより好ましい。リグニン含有率については、８．５％以下であれば良いが、６％以下であることが好ましく、４％以下であることがさらに好ましい。また、０．２％以上であることが好ましく、０．５％以上であることがさらに好ましい。また、０．２％以上８．５％以下が好ましく、より好ましくは、０．５％以上８．５％以下、さらに好ましくは、０．２％以上６．０％以下、特に好ましくは、０．５％以上６．０％以下である。

【0014】

化学パルプ化とは、化学的な処理によってセルロース含有バイオマスからリグニンを除去したものであって、具体的には、クラフトパルプ化、サルファイトパルプ化、オルガノソルブパルプ化、ソーダパルプ化が挙げられるがこれに限定されない。これらの化学的なパルプ化と機械パルプ化を組み合わせた、一般的にはセミケミカルパルプ化と呼ばれるパルプ化であっても化学的な処理をしていれば特に化学パルプ化と区別しない。

【0015】

クラフトパルプ化とは、ＮａＯＨとＮａ_２Ｓの混合液での蒸煮によって得られるパルプのことである。

【0016】

サルファイトパルプ化とは、亜硫酸塩を用いた蒸解によって得られるパルプのことである。蒸解は、アルカリ性、中性、酸性などの様々なｐＨの条件下で行われる。

【0017】

オルガノソルブパルプ化とは、有機溶媒を用いた蒸解であり、具体的には、酢酸やアルコール類が挙げられるがこれに限定されない。

【0018】

ソーダパルプ化とは、水酸化ナトリウム溶液を用いた蒸解である。

【0019】

これらのパルプ化のうち、生産量の多いクラフトパルプがより好ましい。

【0020】

また、パルプ化処理をするセルロース含有バイオマスは特に限定されないが、すでに工業的に大量に化学パルプが製造されている木本系バイオマスが供給の面から好ましい。

【0021】

さらに製紙産業で製造されているパルプを用いることもでき、漂白パルプ、未晒し（未漂白）パルプが挙げられるが、コストの面から未晒しパルプが好ましい。

【0022】

化学パルプは、化学パルプ化によってリグニンを除去しており、その過程で、ヘミセルロースの一部も分解されるため、構成成分におけるセルロースの割合が高い特徴を有する。セルロースはグルコースがβ―１，４結合したグルカンである。このため、化学パルプはグルカン含有率が高くなる。化学パルプの乾燥重量に対するグルカンの割合としては、６５％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。セルロース量を測定する方法もあるが、本発明では、セルロース含有バイオマス前処理物を酸加水分解によって強制的に単糖まで分解したグルコース量から簡易的に求めたグルカン含有率（％）とする。

【0023】

本発明におけるリグニン含有率とは、セルロース含有バイオマス前処理物の乾燥重量に対するリグニンの含有率であり、以下の（式１）で求めることができる。

【0024】

リグニン含有率（％）＝セルロース含有バイオマス前処理物中のリグニン量（ｇ）／セルロース含有バイオマス前処理物の乾燥重量（ｇ）×１００・・・（式１）。

【0025】

セルロース含有バイオマス前処理物中のリグニン量とは、酸不溶性リグニンの含有量である。酸不溶性リグニンはクラーソンリグニンとも呼ばれ、セルロース含有バイオマスに７２％（ｗ／ｗ）硫酸を加えて多糖を膨潤、一部加水分解させ、水を加えて硫酸を希釈してオートクレーブ処理することで多糖を加水分解して酸可溶性としたときの不溶性画分から灰分を除いたものである。A.Sluiter、外7名「Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass」、National Renewable Energy Laboratory(NREL)、2008年4月、Revision 2012年8月を参考として酸不溶性リグニン量を測定することができる。具体的には、セルロース含有バイオマス０．３ｇに７２％（ｗ／ｗ）硫酸３ｍＬを加え、３０℃で１時間静置（数回攪拌）し、精製水８４ｍＬを加えて硫酸濃度を４％とし、１２０℃で１時間オートクレーブ処理して多糖を加水分解することで測定できる。

【0026】

この加水分解時の加水分解液の単糖濃度を測定し、加水分解によって生成した単糖生成量を求めることで、セルロース含有バイオマス前処理物の乾燥重量に対するグルカン含有率（％）を以下の（式２）で求めることができる。グルカンの縮合係数は０．９０である。

【0027】

グルカン含有率（％）＝ 縮合係数×グルコース生成量（ｇ）／セルロース含有バイオマス前処理物の乾燥重量（ｇ）×１００・・・（式２）
工程（ａ）で得られる糖化液とは、セルロース含有バイオマス前処理物中の多糖であるセルロースやヘミセルロースを糖化して単糖やオリゴ糖に加水分解した液のことである。糖化方法としては、硫酸などを用いた酸糖化と糖化酵素を用いた酵素糖化による加水分解が挙げられるが、糖化酵素を用いた酵素糖化が好ましい。

【0028】

酵素糖化は、セルロース含有バイオマス前処理物をセルロースまたはヘミセルロースを分解する活性を有する糖化酵素、あるいはセルロースまたはヘミセルロースの分解を補助する糖化酵素と反応させ、糖化する方法である。本発明で用いる具体的な酵素成分としては、セルビオハイドロラーゼ、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、βグルコシダーゼ、キシラナーゼ、キシロシダーゼ、バイオマス膨潤酵素などを例示することができる。また、糖化酵素は、これらの成分の複数種を含む酵素混合物であることが好ましい。例えば、セルロース、ヘミセルロースの加水分解は、こうした複数の酵素成分の協奏効果あるいは補完効果により効率よく実施することができるため、本発明において好ましく使用される。

【0029】

本発明において、糖化酵素は微生物により産生されるものを好ましく用いることができる。例えば、一種の微生物が産生する複数の酵素成分を含む糖化酵素であってもよく、また複数の微生物から産生される酵素成分の混合物であってもよい。

【0030】

糖化酵素を産生する微生物は、糖化酵素を細胞内又は細胞外に産生する微生物であって、好ましくは細胞外に糖化酵素を産生する微生物である。細胞外に産生する微生物の方が糖化酵素回収が容易だからである。

【0031】

糖化酵素を産生する微生物は、上記の酵素成分を産生するものであれば特に限定されない。特にトリコデルマ属に分類される糸状菌は、細胞外に、多種の糖化酵素を大量に分泌するので、糖化酵素を産生する微生物として特に好ましく用いることができる。

【0032】

本発明で使用する糖化酵素は、好ましくはトリコデルマ属菌に由来する糖化酵素である。具体的には、トリコデルマ・リーセイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）に由来する糖化酵素であることがより好ましく、より具体的にはトリコデルマ・リーセイＱＭ９４１４（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ ＱＭ９４１４）、トリコデルマ・リーセイＱＭ９１２３（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉＱＭ９１２３）、トリコデルマ・リーセイＲｕｔＣ−３０（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉＲｕｔ Ｃ−３０）、トリコデルマ・リーセイＰＣ３−７（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ ＰＣ３−７）、トリコデルマ・リーセイＣＬ−８４７（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉＣＬ−８４７）、トリコデルマ・リーセイＭＣＧ７７（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ ＭＣＧ７７）、トリコデルマ・リーセイＭＣＧ８０（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉＭＣＧ８０）、トリコデルマ・ビリデＱＭ９１２３（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｖｉｒｉｄｅ９１２３）などのトリコデルマ属菌由来の糖化酵素であることが好ましい。また、トリコデルマ属糸状菌を変異剤又は紫外線照射などで変異処理を施し、糖化酵素の生産性を向上させた変異株由来の糖化酵素であってもよい。例えば、トリコデルマ属糸状菌を一部の酵素成分が多く発現するよう改変した変異株に由来する、糖化酵素の組成比率が変更された糖化酵素であってもよい。

【0033】

市販されているトリコデルマ属菌由来の糖化酵素を用いてもよい。例えば、ノボザイムズジャパン株式会社の「セリック・シーテック（登録商標）」や、ジェネンコア協和株式会社の「アクセルレース１０００（登録商標）」、「アクセルレース１５００（登録商標）」、シグマ アルドリッチ ジャパン株式会社の「セルラーゼ Ｆｒｏｍ Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ ＡＴＣＣ ２６９２１」、「セルラーゼＦｒｏｍ Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ Ｖｉｒｉｄｅ」、「Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ ｆｒｏｍ Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｌｏｎｇｉｂｒａｃｈｉａｔｕｍ」などが挙げられる。

【0034】

糖化酵素による加水分解反応は、ｐＨが３〜７の付近で行うことが好ましく、より好ましくはｐＨ４．０以上６．０以下である。反応温度は、４０〜７０℃であることが好ましい。ｐＨの調整は、適宜酸、アルカリを添加することにより、又は例えば酢酸塩、クエン酸塩等のｐＨ緩衝剤を添加することにより行うことができる。好ましくは、経済的観点及び発酵阻害の観点から、酸として硫酸、アルカリとして水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム又はアンモニアの水溶液を用い、反応中にｐＨを測定しながら所望のｐＨとなるように経時的に前記の酸、アルカリを適宜添加する方法が好ましい。糖化酵素による加水分解反応の時間は、収率の観点から１時間以上７２時間以内が好ましく、より好ましくは使用エネルギーの観点から３時間以上２４時間以内である。加水分解に使用する反応装置は１段でも多段でも良く、連続式でも良い。

【0035】

セルロース含有バイオマス前処理物の糖化液調整時の初期固形分濃度（ｗ／ｗ）は特に限定されないが、加水分解酵素が十分に反応するように攪拌可能な濃度であることが好ましい。化学パルプは特に混合しにくいため、十分に攪拌するために初期固形分濃度（ｗ／ｗ）が５〜１０％であることが好ましい。

【0036】

次に、工程（ａ）で得られた糖化液を精密ろ過膜でろ過し、透過側から糖液を得ながら、非透過側の膜面にケークを形成させる工程（ｂ）に供する。

【0037】

工程（ｂ）における精密ろ過膜とは、平均細孔径が０．０１μｍ〜５ｍｍである膜のことであり、マイクロフィルトレーションやＭＦ膜などと略称されるものである。膜表面に固形分を濃縮し膜内部の目詰まりを防ぐためには、平均細孔径が０．４５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２２μｍ以下である。

【0038】

本発明で使用する精密ろ過膜の材質としては、例えば、セルロース類、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリフッ化ビニルデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、セラミックス、金属などを用いることができる。これらのうち、酵素糖化液に含まれる糖化酵素による影響を受けず、また不溶性固形分の除去性がよいことから、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく、特にポリフッ化ビニリデンが好ましい。

【0039】

膜の形状としては、中空糸膜、管状膜、平膜などがあげられるが、逆洗浄を実施する場合は、中空糸膜もしくは管状膜が好ましい。

【0040】

精密ろ過膜によるろ過時の透過流束は膜の目詰まりを防止する観点から、２．０ｍ／ｄａｙ以下、より好ましくは１．０ｍ／ｄａｙ以下にすることが好ましい。ここで、透過流束とは、単位時間あたり、単位膜面積あたりの透過流量のことであり、以下の（式３）で求められる。

【0041】

透過流束（ｍ／ｄａｙ）＝透過液量（ｍ^３）／膜面積（ｍ^２）／ろ過時間（ｄａｙ）・・・（式３）。

【0042】

膜の目詰まりは、膜間差圧の上昇もしくはろ過流量の減少によって評価することができる。膜間差圧とは、膜の非透過側と透過側の圧力の差であり、モジュール入り口圧力（Ｐ１）、モジュール出口圧力（Ｐ２）、透過側圧力（Ｐ３）を測定することによって以下の（式４）で求めることができる。

【0043】

膜間差圧＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２−Ｐ３・・・（式４）。

【0044】

透過流束を一定に保つ定流量ろ過では、膜の目詰まりに伴って膜間差圧が上昇する。一方で、膜間差圧を一定に保つ定圧ろ過では、膜の目詰まりに伴って透過流量が減少する。ろ過性能の低下を防ぐため、膜間差圧は５０ｋＰａ以下、好ましくは２０ｋＰａ以下にすることが好ましい。

【0045】

ろ過方式は特に限定されないが、クロスフローろ過であることが好ましく、クロスフローろ過の膜面線速度は１０〜５０ｃｍ／ｓｅｃであることが好ましく、１０〜３０ｃｍ／ｓｅｃであることがさらに好ましい。

【0046】

工程（ｂ）で膜面にケークが形成されるとは、膜表面に固形分が付着し、ケーク層が形成されることをいう。なお、工程（ｂ）において効率よく膜面にケークを形成させるうえでは、工程（ａ）で得られた糖化液を直接精密ろ過膜でろ過することが好ましい。

【0047】

工程（ｂ）のケークの形成は、一定容量の糖化液を、一定時間全循環運転でろ過した際の、糖化液の固形分率の減少として評価することができる。全循環運転は、透過側のろ液を非透過側に戻す運転方法であり、運転時間が経過するにつれ膜面にケークが形成される。ろ過開始前の糖化液の固形分濃度を１００％としたときの、全循環運転後の糖化液の固形分濃度の割合を固形分率（％）として、膜面に形成されたケークの量を評価できる。ケークを形成した分の固形分が糖化液から分離されるため、ケークの形成に伴い、糖化液の固形分率（％）が低下する。固形分率（％）は以下の（式５）で求める。

【0048】

固形分率（％）＝糖化液の固形分濃度／全循ろ過運転後の糖化液の固形分濃度×１００・・・（式５）。

【0049】

固形分濃度としてはＭＬＳＳ濃度（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）を用いることができる。ＭＬＳＳの測定は、日本工業規格に基づくＪＩＳＫ０１０２ １４．１（２００８年）に準拠して測定することができる。

【0050】

バッチ運転では、ケークが形成され、ケークが排出されることによって精密ろ過膜の非透過側の固形分量が減少していく。

【0051】

連続運転では、分離される固形分の量と供給される固形分の量が同量になるように運転条件を設定することによって精密ろ過膜の非透過側の固形分量を一定に保つことができる。

【0052】

次に、工程（ｃ）では工程（ｂ）により膜面に形成されたケークを剥離し、回収する。

【0053】

膜面に形成されたケークの剥離する方法としては、膜の非透過側のみに水もしくは薬液を通じる方法、膜を水もしくは薬液に浸漬させる方法、逆洗浄、空気洗浄、スポンジボールを用いた方法などが例示できるが、逆洗浄と空気洗浄を組み合わせる方法が効果的であり好ましい。また、これらの剥離操作を行う前に、精密ろ過膜モジュール内の非透過側の溶液をモジュール外に抜き出しておくことが好ましい。モジュール外への抜出し方法としては、モジュールの下部より抜出す方法が好ましい。また、モジュール外に抜出した溶液は、ろ過工程外に排出しても良く、剥離したケークと共に回収しても良い。

【0054】

逆洗浄とは、ケークを剥離するための洗浄液を膜の透過側から非透過側に通じることである。洗浄液としては、精密ろ過膜のろ液、水、薬液などがあげられるが、特に洗浄液をろ過系外に回収する場合、目的物であるろ液の損失を防ぐという点から水もしくは薬液が好ましい。洗浄液のｐＨは特に限定されないが、好ましくはｐＨ５以上、さらに好ましくはｐＨ６以上に調整することができる。逆洗浄時の流量は、ろ過する糖化液によって異なるが、透過流量の１から３倍程度とすることが好ましい。逆洗浄の頻度と時間についても糖化液によって異なるが、例えば、１０から１８０分おきに定期的に行うことができ、各洗浄時間は１０秒から１０分間逆洗浄することができる。剥離したケークを含む逆洗浄液は、モジュール内の非透過側の溶液と同様に、モジュール下部から回収することが好ましい。

【0055】

空気洗浄とは、気体を膜の非透過側に供給して膜面に形成されたケークを剥離させる方法のことである。

【0056】

膜面に形成されたケークを剥離し回収することにより、膜面の目詰まりを防止しすることができるため、工程（ａ）と工程（ｂ）を繰り返すことにより、ろ過性能低下させることなく、ろ過を持続させることが可能となる。

【0057】

工程（ｃ）で得られる回収物は、そのまま廃棄してもよいし、回収物中に含まれる酵素や、糖を再利用してもよい。

【0058】

さらに、工程（ｃ）で得られた回収物は、回収物に含まれている糖類を回収し糖損失を低減するために、工程（ｄ）として再度固液分離に供されることが好ましい。固液分離には、特に限定されないが、遠心分離機など利用できる。遠心分離機で回収液を遠心分離すると、糖化液そのものを遠心分離機によって固液分離するよりも遠心上清の濁度が低く、清澄な溶液を得ることができる。

【0059】

遠心分離機は、例えば分離板型（デラバル型）やスクリューデカンタ型を用いることができる。

【0060】

その他、回収物は遠心分離処理する前にｐＨを調整しても良い。ｐＨは特に限定されないが、ｐＨ６以上であると、遠心上清の濁度が低下するため好ましい。ｐＨの調整液には、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどを用いることができる。ｐＨ調整液は、遠心分離処理の直前に加えてもよいが、逆洗浄液として用いることで回収物のｐＨを調整することによって、逆洗浄による洗浄効果が高まるため好ましい。

【0061】

遠心分離機で処理して得られた液体画分は、工程（ａ）に供し、精密ろ過膜処理前の糖化液に混合しても良い。これによって糖損失を低減しながら、酵素糖化液の固形分濃度の上昇も緩和することができる。

【実施例】

【0062】

以下、本発明の実施の形態を説明する。

【0063】

（参考例１）リグニン含有率、グルカン含有率の測定
セルロース含有バイオマス前処理物のリグニン含有率をA.Sluiter、外7名「Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass」、National Renewable Energy Laboratory(NREL)、2008年4月、Revision 2012年8月を参考として測定した。セルロース含有バイオマス前処理物０．３ｇをビーカーに量り取り、７２％硫酸３ｍＬを加え、３０℃でときどき攪拌しながら１時間放置した。この反応液を精製水８４ｍＬで混釈しながら耐圧瓶に完全に移し、１２０℃で１時間オートクレーブ処理した。加熱分解後、残渣と分解液にろ別し、ろ液と残渣の水洗浄液を加えて１００ｍＬにしたものを加水分解液とした。残渣は１０５℃で乾燥して重量を測った。さらに残渣中の灰分を、６００℃で強熱することで求めた。分解残渣量から残渣中の灰分量を引いた酸不溶性リグニン量をバイオマス前処理物のリグニン含有量とした。そこから、リグニン含有率を式１で求めた。

【0064】

加水分解液中のグルコースとキシロースは以下に示す条件でＨＰＬＣにより分析し、標品との比較により定量した。さらに、得られたグルコース量から、グルカン含有率（％）を前述した式２で求めた。
＜ＨＰＬＣ条件＞
カラム：Ａｓａｈｉｐａｋ ＮＨ２Ｐ-５０ ４Ｅ（Ｓｈｏｄｅｘ製）
移動相：０．５％りん酸超純水／０．５％りん酸アセトニトリル＝１２／８８（ｖｏｌ．）（流速１．０ｍｌ／ｍｉｎ）
反応液：りん酸／酢酸／フェニルヒドラジン＝２２０／１８０／６（ｖｏｌ．）（流速０．４ｍｌ／ｍｉｎ）
検出方法：蛍光検出法
カラムオーブン温度：４０℃
反応槽温度：１５０℃。

【0065】

（参考例２）ＭＬＳＳ濃度の測定方法
糖化液中の固形分量の指標として、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）を用いた。ＭＬＳＳの測定は、日本工業規格に基づくＪＩＳＫ０１０２ １４．１（２００８年）に準拠して測定した。ガラス繊維ろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ東洋濾紙株式会社製ＧＳ−２５）をろ過用フィルターホルダー（ＡＤＶＡＮＴＥＣ東洋濾紙株式会社製ＫＰ−４７Ｓ）にセットしてＲＯ水約２００ｍＬを吸引ろ過し、１０５℃で１時間過熱後、ガラス繊維ろ紙の重量（ａ ｍｇ）を測定した。次に乾燥させたガラス繊維ろ紙を用いてサンプル液ＶｍＬを吸引ろ過した。再度ガラス繊維ろ紙を１０５℃で２時間加熱した後に重量（ｂ ｍｇ）を測定し、ＭＬＳＳ濃度を以下の（式６）で求めた。ただし、再現性を良くするために、bの値が２０−４０ｍｇとなるようにVの値は調整して測定を行った。

【0066】

ＭＬＳＳ濃度（ｍｇ／Ｌ）＝（ｂ−ａ）（ｍｇ）／Ｖ（ｍＬ）×１０００・・・（式６）。

【0067】

（参考例３）セルロース含有バイオマス前処理物の糖化液の調製
セルロース含有バイオマス前処理物の含水率を測定後、前記の絶乾処理バイオマス換算で固形分濃度が５重量％となるようにＲＯ水を添加した。ｐＨを５に調整し、アクセルレース・デュエット（ダニスコジャパン製）を添加し、５０℃で２４時間攪拌混合しながら加水分解反応を行い、セルロース含有バイオマス前処理物糖化液を得た。

【0068】

（参考例４）濁度の測定
濁度の測定は、ＨＡＣＨ社製室内用高度濁度計（２１００Ｎ）を用いて行った。

【0069】

（参考例５）糖濃度の測定
グルコースとキシロースの量は、以下に示す条件でＨＰＬＣにより分析し、標品との比較により定量した。
カラム：Ｌｕｎａ ＮＨ２（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ社製）
移動相：超純水：アセトニトリル＝２５：７５（流速０．６ｍＬ／ｍｉｎ）
反応液：なし
検出方法：ＲＩ（示差屈折率）
温度：３０℃。

【0070】

（参考例６）セロビオース分解活性の測定
５０ｍＭ酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ５．２）に１５ｍＭとなるようにＤ（＋）−セロビオース（和光純薬製）を溶解したものを基質溶液とした。５００μＬ基質溶液に酵素５μＬを添加し、５０℃で回転混和しながら、０．５時間反応させた。反応後、チューブを遠心分離し、その上清成分のグルコース濃度を参考例５の方法で測定した。セロビオース分解活性は、生成したグルコース濃度（ｇ／Ｌ）をそのまま活性値とした。

【0071】

（参考例７）水熱処理バガス糖化液のフィルタープレスによる固液分離
バガス（台糖農産販売株式会社）を水に浸漬し、攪拌しながら２００℃の温度で２０分間オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。その際の圧力は、７ＭＰａであった。オートクレーブ処理後は、溶液成分と固形分成分に固液分離した。この固形分を水熱処理バガスとして、リグニン含有率を参考例１の方法で求めたところ、１２％であった。参考例３の方法で糖化液を得た。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨを５に調整した。

【0072】

得られた糖化液２Ｌを用いてフィルタープレスによる固液分離を試みた。フィルタープレスは薮田産業株式会社製の小型濾過装置ＭＯ−４を使用した。０．０５ＭＰａで５分間処理をしたところ、１２００ｍＬのろ液を得ることができ、リグニン含有率１２％のセルロース含有バイオマス前処理物の糖化液は従来法のフィルタープレスによる固液分離が有効であることを確認した。

【0073】

（比較例１）広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液のフィルタープレスによる固液分離
広葉樹未晒しクラフトパルプとして、シートウェットパルプ（兵庫パルプ株式会社製）を使用した。シートウェットパルプのリグニン含有率、グルカン含有率を参考例１の方法により測定した。

【0074】

シートウェットパルプのリグニン含有率は１％であった。またグルカン含有率は７３％であった。

【0075】

このシートウェットパルプから参考例３の方法で糖化液を得た。酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ５．２）を１００ｍＭになるように添加することによりｐＨを５に調整した。得られた糖化液２Ｌを用いてフィルタープレスによる固液分離を試みた。フィルタープレスは薮田産業株式会社製の小型濾過装置ＭＯ−４を使用した。０．０５ＭＰａで５分間処理をしたところ、８０ｍＬのろ液しか得ることができなかった。参考例７と比べてろ過速度が１／１０程度に低下した。リグニン含有率が低いセルロース含有バイオマス前処理物の糖化液はフィルタープレスによる方法では固液分離が不十分であり、コストに見合った固液分離方法とはいえない。

【0076】

（比較例２）
比較例１と同様の広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液を遠心分離機に供し、１５００Ｇで１分間遠心分離し、上清を回収した。遠心上清の濁度を参考例４の方法で測定し、結果を表１に示す。遠心上清は６８０ＮＴＵと高い濁度であり、リグニン含有率１％のセルロース含有バイオマス前処理物の糖化液は従来法の遠心分離によって十分に固液分離出来なかった。

【0077】

【表1】

【0078】

（実施例１）広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液の全循環ろ過運転
比較例１と同様の糖化液２Ｌを、温度３０℃、膜面線速度３０ｃｍ／ｓｅｃで、精密ろ過膜にチューブポンプを用いて供給し、ろ過速度０．５ｍ／ｄでクロスフローろ過しながら、ろ液を供給槽に戻し、全循環運転を行った。精密ろ過膜としては、東レ株式会社製の精密ろ過膜モジュール“トレフィル（登録商標）”ＨＦＳに使用されている公称孔径０．０５μｍのポリフッ化ビニリデン製中空糸膜を切り出し、中空糸膜２２本からなる内径１０ｍｍ、長さ３２０ｍｍのミニチュアモジュールを作成して使用した。２８分間クロスフローろ過を行い、２分間１．５ｍ／ｄａｙでＲＯ水を用いて逆洗浄を行い、回収物をろ過系外に回収した。ろ過から逆洗浄までを１サイクルとし、１０サイクル毎に空気洗浄を行い、逆洗浄で回収できなかった膜面のケークを回収した。空気洗浄はモジュールの非透過側に０．８Ｌ／ｍｉｎで空気を１０秒間吹き込み膜面に形成されたケークを剥離し、その後モジュールの非透過側に３０ｃｍ／ｓｅｃでＲＯ水を３０秒間送液して剥離したケークを回収する操作を８回繰り返し行なった。供給槽内のＭＬＳＳ濃度を参考例２の方法で測定した。ろ過前のＭＬＳＳ濃度に対する１０サイクル毎のＭＬＳＳ濃度の割合を固形分率（％）として、以下の（式７）で求めた。

【0079】

固形分率（％）＝１０サイクル毎のＭＬＳＳ濃度／ろ過前のＭＬＳＳ濃度×１００・・・（式７）。

【0080】

１０サイクル目と２０サイクル目の固形分率の計算結果を表２に示した。これらの結果から、固形分率がサイクル数を重ねるにつれ、減少していくことが分かった。リグニン含有率が１％である広葉樹未晒しパルプ糖化液は精密ろ過膜での固液分離が有効であった。また、膜間差圧を求めることで、膜の目詰まりの度合いを評価した。膜間差圧はモジュール入り口圧力（Ｐ１）、モジュール出口圧力（Ｐ２）、透過側圧力（Ｐ３）を測定し、（式４）を用いて計算した。ろ過開始時の膜間差圧を測定時の膜間差圧から引いた値を上昇差圧として、２０サイクル目のろ過終了時点での値を表２に示した。上昇差圧は２ｋＰａであり、膜面の固形分を回収することで膜の目詰まりによる差圧の上昇を抑えることができた。

【0081】

さらに得られた糖液の濁度を参考例４の方法で測定した。結果を表１に示す。比較例２の場合と比べて、濁度が著しく低下し、この結果からも精密ろ過による固液分離が有効であることが明らかとなった。

【0082】

（実施例２）針葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液の全循環ろ過運転
針葉樹未晒しクラフトパルプとして、セロファイバー（兵庫パルプ株式会社製）を使用した。セロファイバーのリグニン含有率を参考例１の方法により測定したところ、４％であった。また、グルカン含有率は７７％であった。このセロファイバーから参考例３方法で糖化液を得た。酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ５．２）を１００ｍＭになるように添加することによりｐＨを５に調整した。

【0083】

糖化液２Ｌを実施例１と同様のろ過条件と精密ろ過膜で全循環ろ過を行い、１０サイクル毎の固形分率と、２０サイクル目の上昇差圧を表２に示した。リグニン含有率４％の針葉樹未晒しパルプ糖化液も実施例１と同様に、固形分率（％）が減少傾向であり、精密ろ過膜での固液分離が有効であった。また、上昇差圧は２ｋＰａであり、実施例１と同様に膜面に形成されたケークを回収することで膜の目詰まりによる差圧の上昇を抑えることができた。

【0084】

さらに得られた糖液の濁度を参考例４の方法で測定した。結果を表１に示す。比較例２の場合と比べて、濁度が著しく低下し、この結果からも精密ろ過による固液分離が有効であることが明らかとなった。

【0085】

（実施例３）酢酸処理コーンコブ糖化液の全循環ろ過
常圧酢酸パルプ化は、特許第３８１１８３３号を参考にして行った。コーンコブ（株式会社日本ウオルナット）に８０％酢酸水と、７２％硫酸を０．３２％となるように加え、４時間沸騰させた後加熱を停止した。固形分を吸引ろ過で分離し、水で十分に洗浄して、酢酸処理コーンコブを得た。この酢酸処理コーンコブのリグニン含有率を参考例１の方法で測定したところ６％であった。また、グルカン含有率は７１％であった。参考例３の方法で糖化液を得た。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ５に調整した。

【0086】

糖化液２Ｌを実施例１と同様のろ過条件と精密ろ過膜で全循環ろ過を行い、１０サイクル毎の固形分率と、２０サイクル目の上昇差圧を表２に示した。リグニン含有率６％の酢酸処理コーンコブ糖化液も実施例１、２と同様に、固形分率（％）が減少傾向であり、精密ろ過膜で固形分のろ過が有効であった。また、上昇差圧は４ｋＰａであり、実施例１、２と同様に膜面に形成されたケークを回収することで膜の目詰まりによる膜間差圧の上昇を抑えることができた。

【0087】

さらに得られた糖液の濁度を参考例４の方法で測定した。結果を表１に示す。比較例２の場合と比べて、濁度が著しく低下し精密ろ過膜による固液分離が有効であることが明らかとなった。

【0088】

（実施例４）酢酸処理おがくず糖化液の全循環ろ過
常圧酢酸パルプ化は特許第３８１１８３３号を参考にして行った。おがくずに８０％酢酸水と、７２％硫酸を０．３２％となるように加え、４時間沸騰させた後加熱を停止した。固形分を吸引ろ過で分離し、水で十分に洗浄して、酢酸処理コーンコブを得た。この酢酸処理コーンコブのリグニン含有率を参考例１の方法で測定したところ８．５％であった。また、グルカン含有率は７５％であった。参考例３の方法で糖化液を得た。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ５に調整した。

【0089】

糖化液２Ｌを実施例１と同様のろ過条件と精密ろ過膜で全循環ろ過を行い、１０サイクル毎の固形分率と、２０サイクル目の上昇差圧を表２に示した。リグニン含有率８．５％の酢酸処理おがくず糖化液も実施例１、２と同様に、固形分率（％）が減少傾向であり、精密ろ過膜で固形分のろ過が有効であった。また、上昇差圧は６ｋＰａであり、実施例１、２、３と同様に膜面に形成されたケークを回収することで膜の目詰まりによる膜間差圧の上昇を抑えることができた。

【0090】

さらに得られた糖液の濁度を参考例４の方法で測定した。結果を表１に示す。比較例２の場合と比べて、濁度が著しく低下し精密ろ過膜による固液分離が有効であることが明らかとなった。

【0091】

（比較例３）アンモニア処理バガスの糖化液の全循環ろ過
バガス（台糖農産販売株式会社）を小型反応器（耐圧硝子工業製、ＴＶＳ−Ｎ２３０ｍＬ）に投入し、液体窒素で冷却した。この反応器にアンモニアガスを流入し、資料を完全に液体アンモニアに浸漬させた。リアクターの蓋を閉め、室温で１５分ほど放置した。次いで、１５０℃のオイルバスにて１時間処理した。処理後、反応器をオイルバスから取り出し、ドラフト中で直ちにアンモニアガスをリーク後、さらに真空ポンプで反応器内を１０Ｐａまで真空引きし、乾燥させた。このアンモニア処理バガスのリグニン含有率を参考例１の方法で測定したところ、１８％であった。参考例３の方法で糖化液を得た。このとき、硫酸を用いてｐＨ５に調整した。

【0092】

糖化液２Ｌを実施例１と同様のろ過条件と精密ろ過膜で全循環ろ過を行い、１０サイクル毎の固形分率と、２０サイクル目の上昇差圧を表２に示した。これらの結果から、サイクル数を重ねても、固形分率（％）は横這いであり、リグニン含有率１８％のアンモニア処理バガス糖化液では、厚いケーク層が形成されず、精密ろ過膜で固形分を十分にろ過することができなかった。また、上昇差圧は７０ｋＰａであり、実施例１から４と比較して膜間差圧が高く、ろ過性能が低下した。

【0093】

（比較例４）水熱処理バガスの糖化液の全循環ろ過
バガス（台糖農産販売株式会社）を水に浸漬し、攪拌しながら２００℃の温度で２０分間オートクレーブ処理（日東高圧株式会社製）した。その際の圧力は、７ＭＰａであった。オートクレーブ処理後は、溶液成分と固形分成分に固液分離した。この固形分を水熱処理バガスとして、リグニン含有率を参考例１の方法で求めたところ、１２％であった。参考例３の方法で糖化液を得た。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨを５に調整した。

【0094】

糖化液２Ｌを実施例１と同様のろ過条件と精密ろ過膜で全循環ろ過を行い、１０サイクル毎の固形分率と、２０サイクル目の上昇差圧を表２に示した。これらの結果から、サイクル数を重ねても、固形分率（％）は横這いであり、リグニン含有率１２％の水熱処理バガス糖化液では、膜面に厚いケーク層が形成されず、精密ろ過膜で固形分を十分にろ過することができなかった。また、上昇差圧は５０ｋＰａであり、実施例１から４と比較して膜間差圧が高く、ろ過性能が低下した。

【0095】

（比較例５）ＮａＯＨ処理コーンコブ糖化液の全循環ろ過
コーンコブ（株式会社日本ウオルナット）に水酸化ナトリウムをコーンコブ１ｇに対して３０ｍｇになるように添加し、室温で２４時間攪拌しながら反応後、固液分離した。リグニン含有率を参考例１の方法で求めたところ、１０％であった。参考例３の方法で糖化液を得た。このとき、硫酸を用いてｐＨを５に調整した。糖化液２Ｌを実施例１と同様のろ過条件と精密ろ過膜で全循環ろ過を行い、１０サイクル毎の固形分率と、２０サイクル目の上昇差圧を表２に示した。これらの結果から、サイクル数を重ねても固形分率（％）は横這いであり、リグニン含有率１０％のＮａＯＨ処理コーンコブ糖化液では、厚いケーク層が形成されず、精密ろ過膜で固形分を十分にろ過することができなかった。また、上昇差圧は５０ｋＰａであり、実施例１から４と比較して膜間差圧が高く、ろ過性能が低下した。

【0096】

【表2】

【0097】

（実施例５）広葉樹パルプ糖化液のろ過
実施例１と同様の広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液と精密ろ過膜を用いた。糖化液供給槽に糖化液７００ｍＬを入れ、３０℃、膜面線速度３０ｃｍ／ｓｅｃ、透過流速０．５ｍ／ｄａｙでクロスフローろ過を行った。ろ過を行いながら、ろ過量と同じ量の糖化液を糖化液供給槽に連続的に供給し、糖化液供給槽の液量が一定に保たれるようにした。

【0098】

膜間差圧を求めることで膜の目詰まりの度合いを評価した。膜間差圧はモジュール入口圧力（Ｐ１）、モジュール出口圧力（Ｐ２）、透過側圧力（Ｐ３）を測定し、（式４）を用いて計算した。ろ過開始時の膜間差圧を測定時の膜間差圧から引いた値を上昇差圧として、上昇差圧を計算した。２８分ごとに膜間差圧を測定し、上昇差圧を計算した。結果を図１と表３に示す。その結果、１１２分ろ過を行った時点で上昇差圧が５０ｋＰａを超えたためろ過を停止し、膜面に形成されたケークを剥離して回収した。

【0099】

（実施例６）逆洗浄の効果
実施例１と同様の広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液と精密ろ過膜を用いた。糖化液供給槽に糖化液７００ｍＬを入れ、３０℃、膜面線速度３０ｃｍ／ｓｅｃ、透過流速０．５ｍ／ｄａｙでクロスフローろ過を行った。ろ過を行いながら、ろ過量と同じ量の糖化液を糖化液供給槽に連続的に供給し、糖化液供給槽の液量が一定に保たれるようにした。

【0100】

２８分間ろ過を行い、２分間１．５ｍ／ｄａｙでＲＯ水を透過側から非透過側に供給して逆洗浄を行い、膜面に形成されたケークをろ過系外に回収した。２８分間のクロスフローろ過、２分間逆洗浄を交互に行った。ろ過、逆洗浄の順番で１サイクルとし、１１サイクル繰り返し行い、実施例５と同様に上昇差圧を計算して結果を図１に、４サイクル目と、１１サイクル目のろ過終了時の上昇差圧を表３に示した。１１サイクル目での上昇差圧は２３ｋＰａであった。これらの結果から、定期的に逆洗浄を行って、ケークを膜面から剥離し回収することで、膜間差圧の上昇を抑制し、ろ過性能を低下させることなく長時間の運転することが可能であった。

【0101】

（実施例７）モジュール内液の抜き出しと逆洗浄の効果
糖化液として、実施例１と同様の広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液を用いた。実施例６と同様の条件で２８分間のクロスフローろ過を行い、ろ過停止後にモジュール内の非透過側に残存した糖化液をモジュール下部より抜き出してモジュール内を空にした。その後、モジュール内を空にした状態で、実施例６と同様透過側から非透過側へＲＯ水を２分間１．５ｍ／ｄａｙで供給し逆洗浄を行い、膜面に形成されたケークをモジュール下部より抜出してろ過系外に回収した。

【0102】

クロスフローろ過、モジュール内の糖化液の抜き出し、逆洗浄の３つの工程を１サイクルとして、１１サイクル繰り返し行い、実施例５と同様に上昇差圧を計算して結果を図１に、４サイクル目と、１１サイクル目のろ過終了時の上昇差圧を表３に示した。１１サイクル終了時の上昇差圧は４ｋＰａであった。このときのろ過開始時の膜間差圧は３ｋＰａであった。

【0103】

１１サイクル目のろ過終了時の上昇差圧から、モジュール内を空にした状態で逆洗浄を行うことで実施例６のＲＯ水での逆洗浄のみよりも膜間差圧の上昇を抑制し、ろ過性能を低下させることなく長時間の運転が可能であった。

【0104】

【表3】

【0105】

（実施例８）モジュール内液の抜き出し、逆洗浄、空気洗浄の組み合わせの効果
実施例６の運転方法で１１サイクル行った後の膜間差圧が上昇した精密ろ過膜に対して、空気洗浄運転を行った。空気洗浄はモジュールの非透過側に０．８Ｌ／ｍｉｎで１０秒間空気を吹き込み、ケークを剥離し、モジュール内の非透過側に３０ｃｍ／ｓｅｃでＲＯ水を３０秒間送液して剥離したケークを流し出して回収する操作を８回繰り返し行った。空気洗浄を行うことで、逆洗浄だけでは膜面から剥離されなかったケークが剥離し、回収された。この空気洗浄を行った後に実施例６と同様のろ過条件でろ過を行うと、ろ過開始時の上昇差圧が０ｋＰａとなった。膜間差圧が上昇した時点で空気洗浄を行うことで、膜面に形成されたケークを剥離する効果が向上することが分かった。モジュール内排出と逆洗浄に空気洗浄を組み合わせることでより長時間、ろ過性能を低下させることなく運転が可能となる。

【0106】

（実施例９）針葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液のろ過
実施例２と同様の針葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液と精密ろ過膜を用いた。実施例６と同様の方法で、ろ過と逆洗浄をおこなった。ろ過、逆洗浄の順番で１サイクルとし、１１サイクル繰り返し行い、実施例５と同様に上昇差圧を計算して結果を図１に、４サイクル目と、１１サイクル目のろ過終了時の上昇差圧を表３に示した。１１サイクル目での上昇差圧は２５ｋＰａであった。

【0107】

（実施例１０）酢酸処理コーンコブ糖化液のろ過
実施例３と同様の酢酸処理コーンコブ糖化液と精密ろ過膜を用いた。実施例６と同様の方法で、ろ過と逆洗浄をおこなった。ろ過、逆洗浄の順番で１サイクルとし、１１サイクル繰り返し行い、実施例５と同様に上昇差圧を計算して結果を図１に、４サイクル目と、１１サイクル目のろ過終了時の上昇差圧を表３に示した。１１サイクル目での上昇差圧は３２ｋＰａであった。

【0108】

（実施例１１）酢酸処理おがくず糖化液のろ過
実施例４と同様の酢酸処理おがくず糖化液と精密ろ過膜を用いた。実施例６と同様の方法で、ろ過と逆洗浄をおこなった。ろ過、逆洗浄の順番で１サイクルとし、１１サイクル繰り返し行い、実施例５と同様に上昇差圧を計算して結果を図１に、４サイクル目と、１１サイクル目のろ過終了時の上昇差圧を表３に示した。１１サイクル目での上昇差圧は４２ｋＰａであった。

【0109】

（実施例１２）回収物の遠心分離
実施例６の逆洗浄によって膜から剥離された回収物（ｐＨ５）を１５００Ｇで１分間、遠心分離機で遠心分離し上清を回収した。遠心上清の濁度を参考例４の方法で測定した。結果を表４に示した。

【0110】

また、このときの回収した上清に含まれる糖濃度、実施例６に用いた糖化液の糖濃度、実施例６の透過液の糖濃度を測定し、実施例６の総投入糖量に対する総回収物の糖量（％）、総透過液中の糖量（％）をグルコースとキシロースのそれぞれについて（式８）を用いて計算した。

【0111】

糖量（％）＝総回収物または総透過液中の糖量（ｇ）／総投入糖量（ｇ）×１００・・・（式８）。

【0112】

その結果、総投入糖量の６３％のグルコースおよびキシロースを含有する総透過液を得る工程で、総投入糖量の４％のグルコースおよびキシロースが、遠心分離によって回収できていることが判明した。この遠心上清を精密ろ過膜処理前の酵素糖化液に混合することで、回収物からも糖を回収することができた。

【0113】

さらに、上記上清１５ｍＬを分画分子量１０，０００の限外ろ過膜（Ｓａｒｉｔｏｒｉｕｓ ｓｔｅｄｉｍ ｂｉｏｔｅｃｈ製 ＶＩＶＡＳＰＩＮ ２０ 材質：ＰＥＳ）でろ過し、非透過側が１ｍＬ以下になるまで８０００Ｇにて遠心した。非透過液をＲＯ水で１０倍希釈し、再度８０００Ｇにて遠心分離し、非透過液を回収した。得られた非透過液のセロビオース分解活性を参考例６の方法で測定した。

【0114】

【表4】

【0115】

（実施例１３）ｐＨ６，７，８，９に調整した回収物の遠心分離
実施例６の逆洗浄によってろ過系外に回収された回収物を水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ６，７，８，９に調整して実施例１２と同様に遠心分離を行った。それぞれの遠心上清の濁度を参考例４の方法で測定した。結果を表４に示した。いずれの場合もｐＨ５の場合よりも濁度が低い上清を得ることができた。回収物をｐＨ６以上に調整することで、固液分離性が向上することがわかった。

【0116】

さらに、実施例１２と同様にして、ｐＨ６，７，８，９に調整し遠心分離したそれぞれの上清を限外ろ過膜でろ過し、非透過液を得た。得られた非透過液のセロビオース分解活性を参考例６の方法で測定した。実施例１２のｐＨ５の条件での活性値を１として、ｐＨ５の条件での活性値に対するｐＨ６，７，８，９の条件での活性値の比率を求めセロビオース分解相対活性を算出した。結果を表５に示した。ｐＨ６以上の条件ではｐＨ５に比較してセロビオース分解活性が高くなることがわかった。

【0117】

【表5】

【0118】

（実施例１４）ｐＨ５，６，９，１１の逆洗浄水を用いた運転
実施例６と同様の運転条件で、広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液のろ過と逆洗浄を行った。逆洗浄水は、ＲＯ水を硫酸と水酸化ナトリウムを用いて、ｐＨ５，６，９，１１に調整した。ろ過後に逆洗浄を行うサイクルを１サイクルとして５サイクル行い、各サイクルでのろ過終了時の上昇差圧を表６に示した。上昇差圧は、実施例４と同様にして求めた。それぞれの逆洗浄水を用いた運転におけるろ過開始時の膜間差圧はいずれも２ｋＰａであった。ｐＨ５，６，９，１１の逆洗浄液で逆洗浄を行った値を表６に示した。より高いｐＨに調整した逆洗浄水で逆洗浄を行うことにより膜間差圧の上昇が抑制されることが判明した。

【0119】

【表6】

【0120】

（実施例１５）膜面線速度と固形分率の減少
実施例１と同じ広葉樹未晒しクラフトパルプ糖化液を用いて膜面線速度を１０ｃｍ／ｓｅｃと５０ｃｍ／ｓｅｃとして、実施例１と同様の全循環運転を行った。１０サイクルの時点での非透過側の糖化液の固形分率（％）を求め、結果を表７に示した。膜面線速度１０ｃｍ／ｓｅｃの条件では固形分率８０％、膜面線速度３０ｃｍ／ｓｅｃの条件では固形分率８４％、膜面線速度５０ｃｍ／ｓｅｃの条件では固形分率８９％であった。

【0121】

【表7】

【産業上の利用可能性】

【0122】

本発明は、セルロース含有バイオマスから糖液を製造する産業で利用される。

【図1】