JP2007185117A - セルラーゼ基質としてのセルロースの改質への対向衝突処理の利用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セルロース繊維を対向衝突処理し、得られた処理物にセルラーゼを作用させる。対向衝突処理の際、セルロース繊維を水に分散させて得た分散液を、一対のノズルから70〜250MPaの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて粉砕する。従って、セルロース水溶液の酵素反応特性を高めることができる。対向衝突処理工程は、乳酸生産、メタン生産又はエタノール生産を目的とした、セルロース繊維を多く含有する有機性廃棄物の発酵に適用することができる。
【選択図】図1
Description
本明細書において、セルロース繊維の処理に関し、「対向衝突(処理)」というときは、特別な場合を除き、セルロース繊維の分散液を一対のノズルから70〜250MPaの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させてセルロース繊維を粉砕する、湿式粉砕方法をいう。この方法の詳細は、特開2005−270891(特許文献1)に開示されている。
対向衝突処理においては、分散液を一対のノズルから70〜250MPaの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて粉砕するが、上記一対のノズルから噴射される分散液の高圧噴射流の角度を、噴射流同士が各々のノズル出口より先方の一点で適正な角度において衝合衝突するように調製するか、又は高圧流体の噴射回数を調整して粉砕回数を調整することにより、セルロース繊維の平均粒子長を1/4以下又は10μmにまで粉砕することができる一方で、セルロースの重合度の低下を制御することもできる。対向衝突処理に用いる装置には、高圧をもってバルブの隙間から分散液を噴射させる高圧式ホモジナイザーの方式を用いることができる。
衝合角度及び/又は衝突回数は、セルロースによる分解効率等を加味して、適宜設計することができる。衝合角度及び/又は衝突回数の調整により、衝突処理後のセルロースの平均粒子長が、処理前の1/4以下、1/5〜1/100、1/6〜1/50、1/7〜1/20とすることができる。。同様に、平均粒子長は、10μm以下、0.01〜9μm、0.1〜8μm、0.1〜5μmとすることができる。セルロース繊維は、平均粒子長に対して直角方向に粒子幅が存在することになる。この幅を平均粒子幅というが、これも、衝合角度及び/又は衝突回数の調整により、10μm以下、0.01〜9μm、0.1〜8μmとすることができる。
また、本発明において、処理物から特にセルーロース繊維が細かくなった部分だけを取り出す方法として、処理物を遠心分離して、上澄みを分取することにより、平均粒子長1μm未満のセルロース微粒子を得ることができる。
1.1 セルロース水溶液の化学構造の検討:
セルロース微結晶繊維としてアビセル(登録商標)を用い、衝突処理機として改良したアルティマイザーシステム ラボ機((株)スギノマシン)を使用した。高結晶性のセルロース10gを純水800mlに懸濁させた後、アルティマイザーシステムに供し、衝突回数を変えて、それぞれ処理した後に、処理液を遠心分離して、上澄みと沈殿物を得た。両成分の化学構造は赤外分光により、また、重合度は粘度重合度測定により検討した。
反応酵素はTrichoderma viride由来のセルラーゼ(和光社製)を用いた。セルロース水溶液は、200MPa、120cycleで対向衝突を行った処理液を2.0×104Gにて遠心分離を行い、その上澄みを用いた。このセルロース水溶液は、塩析を生じたため緩衝液を加えず、この水溶液だけの系で酵素分解を行い、Somogyi-Nelson法により酵素分解によって得られるグルコースの還元性末端を定量した(M.Somogyi:J.Biol.Chem.,195,19-23(1952)、及びN.Nelson:J.Biol.Chem.,153,375-380(1944)参照)。その比較対象として、同濃度に調製した水-微結晶性セルロース(アビセル(登録商標))混合液を用いた不均一系での反応を同様の手順で行った。
対向衝突処理によって得られた透明水溶液は、赤外分光法と重合度測定の結果、未処理物に比べて化学構造の変化はみられず、また重合度の変化もみられなかった。このことは対向衝突処理によるセルロースの水溶液化は化学構造に変化を与えず、相互作用のみを解裂させたことを示す。
の水溶液化により、基質が酵素の触媒領域に直接反応して活性が増大した可能性と、あるいは、ii)不均一系では不活性な非prosessive型のセルラーゼの活性が増加した可能
性とが考えられる。
Claims (5)
- セルロース繊維をセルラーゼで分解する方法において、セルロース繊維を対向衝突処理し、得られた処理物にセルラーゼを作用させることを特徴とする、セルロース繊維の分解方法。
- セルロース繊維を多く含有する有機物を発酵する方法において、セルロース繊維を多く含有する有機物を対向衝突処理する工程を含むことを特徴とする、前記方法。
- 乳酸、メタン又はエタノールを生産するための、請求項2に記載の方法。
- セルロース繊維を多く含有する有機性廃棄物をメタン発酵する方法において、該有機性廃棄物、又は該有機性廃棄物をメタン発酵処理して得られた発酵残滓を対向衝突処理し、得られた処理物をメタン発酵工程に投入することを特徴とする、メタン発酵方法。
- 有機性廃棄物が家畜排泄物である、請求項4記載の方法。
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