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JP2005068140A - Method for producing cellooligosaccharide - Google Patents

Method for producing cellooligosaccharide Download PDF

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JP2005068140A
JP2005068140A JP2004227782A JP2004227782A JP2005068140A JP 2005068140 A JP2005068140 A JP 2005068140A JP 2004227782 A JP2004227782 A JP 2004227782A JP 2004227782 A JP2004227782 A JP 2004227782A JP 2005068140 A JP2005068140 A JP 2005068140A
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cellulose
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crystallinity
treatment
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Koji Hosokawa
幸司 細川
Hiroaki Nanba
宏彰 難波
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Nippon Paper Chemicals Co Ltd
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Nippon Paper Chemicals Co Ltd
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Abstract

【課題】
幅広い分野での使用が見込まれているセロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースを製造する工程において、セルラーゼ反応性の高いある特定の結晶化度と保水度のパルプを用いることにより、簡単かつ低コストでセロビオースの工業的規模の大量生産が可能となる。
【解決手段】
セルラーゼ反応基質に、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式(式−1)によって算出された値が10%〜80%であり、かつ保水度が200%〜1000%であるパルプを用いる。前記パルプを、フィブリル化処理、メカノケミカル処理、化学的処理のいずれか一つあるいは複数の処理を施して得る。
χc =((I002C − Ia)/ I002C) × 100 … 式−1
χc : セルロースI型結晶化度 (%)
I002C : 002面(2θ=22.6°)の回折強度
Ia : アモルファス部分(2θ=18.5°)の回折強度

【Task】
Cellobiose, which is expected to be used in a wide range of fields, especially cellobiose, especially in the process of producing cellobiose, it is easy and low-cost by using pulp with a specific crystallinity and water retention that is highly cellulase-reactive. Can be mass-produced on an industrial scale.
[Solution]
Pulp having a cellulase reaction substrate having a value calculated by the formula for calculating the crystallinity of cellulose I by X-ray diffraction method (formula-1) of 10% to 80% and a water retention of 200% to 1000% Is used. The pulp is obtained by performing one or more treatments of fibrillation treatment, mechanochemical treatment, and chemical treatment.
χc = ((I002C − Ia) / I002C) × 100… Formula −1
χc: Cellulose type I crystallinity (%)
I002C: Diffraction intensity of 002 plane (2θ = 22.6 °)
Ia: Diffraction intensity of amorphous part (2θ = 18.5 °)

Description

本発明はセロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースの効率的な製造法に関するものである。   The present invention relates to an efficient method for producing cellooligosaccharides, particularly cellobiose.

セロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースは、グルコースがβ-1,4結合した二糖類であり、保水性、吸油性、保形性、熱安定性、乳化安定性、低甘味性、低カロリー、難消化性、低う蝕性、整腸作用、コレステロール低減作用等の特徴を有することから、食品および食品添加剤、錠剤賦形剤、分散剤、保形剤、保水剤、保湿剤、充填剤、構造化剤、増量剤、飼料添加物、各種糖変性物に関する発底原料等として、食品、医薬品、化粧品、トイレタリー、飼料、液晶、電子素材、ゴム・プラスチック等の幅広い分野での使用が見込まれている。   Cellooligosaccharide, especially cellobiose, is a disaccharide with β-1,4-linked glucose, water retention, oil absorption, shape retention, heat stability, emulsion stability, low sweetness, low calorie, indigestion Food, food additives, tablet excipients, dispersants, shape retention agents, water retention agents, moisturizing agents, fillers, structures Expected to be used in a wide range of fields such as foods, pharmaceuticals, cosmetics, toiletries, feeds, liquid crystals, electronic materials, rubber / plastics, etc. Yes.

一般に、セロビオースを得る方法としては、(1)シュクロースを原料に酵素による合成反応を用いた方法と(2)セルロースを原料に酵素による分解反応を用いた方法が知られている。
(1)酵素による合成反応としては、リン酸の存在下、シュクロースを発底原料にシュクロースホスホリラーゼ、グルコースイソメラーゼおよびセロビオースホスホリラーゼを順に作用させることで、セロビオースを得る方法(特許文献1参照)が知られている。しかしながら、この方法ではセロビオースを得るために高価な酵素を3種類使用し、かつそれぞれ3段階の反応を行わねばならず、工業生産を考慮すると酵素のコストがかかり、また生産性が低いという課題があった。
In general, as a method of obtaining cellobiose, (1) a method using an enzymatic synthesis reaction using sucrose as a raw material and (2) a method using an enzymatic decomposition reaction using cellulose as a raw material are known.
(1) As an enzymatic synthesis reaction, there is a method of obtaining cellobiose by sequentially reacting sucrose phosphorylase, glucose isomerase and cellobiose phosphorylase with sucrose as a starting material in the presence of phosphoric acid (see Patent Document 1). Are known. However, in this method, three types of expensive enzymes must be used to obtain cellobiose, and each of the three stages of reactions must be performed. Considering industrial production, the cost of the enzymes is high, and the productivity is low. there were.

一方、(2)酵素による分解反応としては、セルロース系材料をセルラーゼにより分解する方法が公知である。この酵素分解反応に関しては、(A)生成したセロビオースからグルコースへの分解を如何に防止するかという点、(B)セルラーゼのセルロースに対する反応性を如何に高めるかという点が鍵となる。
(A)グルコースへの分解を防止するという点に関しては、セロビオースをグルコースへと変換させるβ-グルコシダーゼをセルラーゼから選択的に除去することでセロビオースの分解を防止する方法(特許文献2,3参照)、反応装置として限外ろ過装置を使用することで生成したセロビオースを反応系外へ抜き出すことによってグルコースへの分解を抑制する方法(特許文献4,5参照)が開示されている。
一方、(B)セルラーゼのセルロースへの反応性を高める点に関しては、柔細胞セルロースを原料に使用すること(特許文献4参照)、乾燥工程を経ていないスラッシュパルプまたは特定の物性値のスラッシュパルプを原料にすること(特許文献5、6参照)でが開示されている。
しかしながら、セロビオースの工業生産を考慮した場合、柔細胞セルロースは希少であることから原料として適さない。
On the other hand, (2) as a decomposition reaction with an enzyme, a method of decomposing a cellulose material with cellulase is known. The key to this enzymatic degradation reaction is (A) how to prevent the generated cellobiose from degrading to glucose, and (B) how to increase the reactivity of cellulase to cellulose.
(A) Regarding the point of preventing decomposition into glucose, a method of preventing the decomposition of cellobiose by selectively removing β-glucosidase that converts cellobiose into glucose from cellulase (see Patent Documents 2 and 3) In addition, a method is disclosed in which cellobiose generated by using an ultrafiltration apparatus as a reaction apparatus is extracted from the reaction system to suppress decomposition into glucose (see Patent Documents 4 and 5).
On the other hand, regarding (B) the point of increasing the reactivity of cellulase to cellulose, the use of soft cell cellulose as a raw material (see Patent Document 4), slush pulp that has not undergone a drying step or slush pulp having a specific physical property value It is disclosed that the raw material is used (see Patent Documents 5 and 6).
However, when considering the industrial production of cellobiose, since soft cell cellulose is rare, it is not suitable as a raw material.

特許文献6には、スラッシュパルプの保水度及び濾水度を規定することで、反応性を高めることが可能であると記載されている。しかし、工業的にセロビオースを製造するためには、特許文献6記載のスラッシュパルプでも、セルラーゼの反応性が低く、コストが高いという課題があった。また、スラッシュパルプはドライパルプとは異なり、多量の水を含有することから、原料の輸送コストが高くなる点および輸送中または貯蔵中において、まれにスラッシュパルプが腐敗するという課題があった。この点に関しては、パルプ製造工場でのオンサイトでのセロビオース製造によって解決できるものの、製造場所が限られてしまうという課題があった。   Patent Document 6 describes that the reactivity can be enhanced by defining the water retention and freeness of slush pulp. However, in order to industrially produce cellobiose, even the slush pulp described in Patent Document 6 has a problem of low cellulase reactivity and high cost. In addition, unlike dry pulp, slush pulp contains a large amount of water, so that there are problems that the transportation cost of raw materials increases and that slush pulp rots rarely during transportation or storage. Although this point can be solved by on-site cellobiose production at a pulp production plant, there is a problem that the production location is limited.

このようなことから、スラッシュパルプを用いる場合は、さらにセルラーゼの反応性を向上させること、また、扱いやすいドライパルプの反応性をスラッシュパルプ並、若しくはそれ以上に高め、高効率でセロオリゴ糖、特にセロビオースを製造することができれば、セロビオースの工業生産において大きな飛躍をもたらすと考えられた。   For this reason, when using slush pulp, the reactivity of cellulase is further improved, and the reactivity of dry pulp, which is easy to handle, is increased to that of slush pulp or more, and cellooligosaccharides, particularly high efficiency. If cellobiose could be manufactured, it was thought that it would bring a big leap in the industrial production of cellobiose.

特許番号第2815023号公報Japanese Patent No. 2815023 特公平6-83674号公報Japanese Patent Publication No. 6-83674 特開平5-115293号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-115293 特開平2-295492号公報JP-A-2-295492 特公平8-2312号公報Japanese Patent Publication No.8-2312 特開平9-107987号公報JP-A-9-107987

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するために創案されたものであり、セロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースを簡単な操作で、しかも大量に生産し得る工業的に有利な製造方法を提供するためになされたものである。   The present invention was devised to solve the above-described problems of the prior art, and is an industrially advantageous production method capable of producing cellooligosaccharides, particularly cellobiose, in particular, in a simple operation and in large quantities. It was made to provide.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定の範囲の結晶化度及び保水度を有するパルプにセルラーゼを作用させることで、セルロースの酵素分解反応が著しく促進すること、及び前記パルプを得るために、前処理としてフィブリル化処理、メカノケミカル処理、アルカリ処理のいずれかあるいは複数の処理を施すことにより、セルロースの結晶化度を低下させ、かつセルロースの表面積を増大することを見いだし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention significantly promote the enzymatic degradation reaction of cellulose by allowing cellulase to act on pulp having a specific range of crystallinity and water retention. In order to obtain the above-mentioned pulp, the degree of crystallinity of cellulose is reduced and the surface area of cellulose is increased by performing any one or more of fibrillation treatment, mechanochemical treatment, alkali treatment as a pretreatment. Based on this finding, the present invention has been made.

上記反応の詳細に関しては、パルプに対し、予め上記処理を施すことで、セルロースの結晶構造及び繊維形態が変化し、セルロースのアクセシビリティーが向上するため、セルラーゼによるセルロースの酵素分解反応が飛躍的に促進したものと考えている。
即ち、本発明は、
(1)X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式(式−1)によって算出された値が10%〜80%であり、かつ保水度が200%〜1000%であるパルプを用いることを特徴とするセロオリゴ糖の製造方法。
χc =((I002C − Ia)/ I002C) × 100 … 式−1
χc : セルロースI型結晶化度 (%)
I002C : 002面(2θ=22.6°)の回折強度
Ia : アモルファス部分(2θ=18.5°)の回折強度
(2)パルプにフィブリル化処理、メカノケミカル処理、化学的処理のいずれか一つあるいは複数の処理を施すことを特徴とする請求項1記載のセロオリゴ糖の製造方法。
に関するものである。
Regarding the details of the above reaction, since the crystal structure and fiber form of cellulose are changed and the accessibility of cellulose is improved by performing the above-described treatment on the pulp in advance, the enzymatic degradation reaction of cellulose by cellulase is dramatically improved. I think it was promoted.
That is, the present invention
(1) Pulp having a value calculated by the formula for calculating the crystallinity of cellulose type I by X-ray diffraction (Formula-1) is 10% to 80% and the water retention is 200% to 1000%. A method for producing a cellooligosaccharide characterized by the above.
χc = ((I002C − Ia) / I002C) × 100… Formula −1
χc: Cellulose type I crystallinity (%)
I002C: Diffraction intensity of 002 plane (2θ = 22.6 °)
Ia: Diffraction intensity of amorphous part (2θ = 18.5 °) (2) The pulp is subjected to one or more of fibrillation treatment, mechanochemical treatment, and chemical treatment. A method for producing cellooligosaccharides.
It is about.

本発明の方法を用いると、パルプをセルラーゼにより酵素分解しセロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースを製造する工程において、特定の結晶化度及び保水度を有するパルプをセルラーゼの基質とすることで、スラッシュパルプ、ドライパルプ共にセルラーゼの酵素分解反応が著しく促進され、セロオリゴ糖、特にセロビオースを高収率で得ることが出来る。   By using the method of the present invention, a pulp having a specific crystallinity and water retention is used as a substrate for cellulase in the step of producing cellooligosaccharides, particularly cellobiose, among them, by enzymatic degradation of the pulp with cellulase. In both dry pulp and cellulase, the enzymatic decomposition reaction is remarkably accelerated, and cellooligosaccharides, particularly cellobiose, can be obtained in high yield.

本発明においてセルラーゼの基質となるパルプは、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値(以下、単に結晶化度という)が10%〜80%、好ましくは15%〜75%であり、かつ保水度が200%〜1000%、好ましくは250%〜900%のものである。
保水度が200%未満であると、パルプの膨潤および繊維表面の毛羽立ちが少ない、即ち、セルロースの表面積が小さいために、セルロースのアクセシビリティーの低下に繋がるため好ましくない。保水度が1000%を超えた場合はセルラーゼの反応効率とパルプの前処理コストを比較し、効果が著しく小さくなるため、好ましくない。
In the present invention, the pulp that is the substrate for cellulase has a value (hereinafter, simply referred to as crystallinity) calculated by a calculation formula for cellulose I crystallinity by X-ray diffraction method of 10% to 80%, preferably 15%. The water retention is 200% to 1000%, preferably 250% to 900%.
When the water retention is less than 200%, the swelling of the pulp and the fluffing of the fiber surface are small, that is, the surface area of the cellulose is small, which leads to a decrease in the accessibility of the cellulose. When the water retention exceeds 1000%, the cellulase reaction efficiency is compared with the pulp pretreatment cost, and the effect is remarkably reduced.

ここで言う保水度とは、J.TAPPI NO 26-78で規定されるもので、一定量のパルプ懸濁液を遠心分離(3000G)した後の、絶乾パルプに対するパルプの保有する水量を百分率で示したものである。保水度が高いほど、繊維間結合力が低く繊維内部に含まれる水量が多い、即ち、セルロースの表面積は大きくなる傾向にある。   The water retention referred to here is defined by J.TAPPI NO 26-78, and is the percentage of water held by the pulp relative to the absolutely dry pulp after a certain amount of pulp suspension is centrifuged (3000G). It is shown by. The higher the water retention, the lower the interfiber binding force and the more water contained in the fiber, that is, the cellulose surface area tends to increase.

パルプの結晶化度が80%を超えた場合は、前処理前後におけるパルプ中のセルロースの構造変化が小さいため、アクセシビリティーの向上が見られないので好ましくない。また、結晶化度が10%未満の場合、セルラーゼの反応効率とパルプの処理コストを比較し、効果が著しく小さくなるために、好ましくない。   When the crystallinity of the pulp exceeds 80%, the structural change of the cellulose in the pulp before and after the pretreatment is small, so that accessibility is not improved, which is not preferable. Further, when the crystallinity is less than 10%, the cellulase reaction efficiency is compared with the pulp processing cost, and the effect is remarkably reduced.

ここで言う、セルロースI型とは、天然セルロースの結晶形のことであり、結晶化度とは、セルロースの結晶領域量の全量に対する割合であり、本発明ではX線回折法により測定した。結晶化度は、セルロースの物理的、化学的性質とも関係し、その値が大きいほど、セルロースの結晶性が高く、非結晶部分が少ないため、硬度、密度等は増すが、伸び、柔軟性、水や溶媒に対するアクセシビリティー、化学反応性は低下する。   The cellulose type I referred to here is a crystalline form of natural cellulose, and the degree of crystallinity is the ratio of the amount of crystal region of cellulose to the total amount, and was measured by the X-ray diffraction method in the present invention. The degree of crystallinity is also related to the physical and chemical properties of cellulose, and the larger the value, the higher the crystallinity of cellulose and the less non-crystalline parts, so the hardness, density, etc. increase, but elongation, flexibility, Accessibility and chemical reactivity to water and solvents are reduced.

また、予め化学的処理を施したパルプとして、マーセル化パルプが市販されているが、同品が、前記の物性を満たしていれば、そのままセロオリゴ糖の製造用原料として使用可能である。   Further, mercerized pulp is commercially available as a pulp that has been subjected to chemical treatment in advance. However, if the product satisfies the above physical properties, it can be used as it is as a raw material for producing cellooligosaccharides.

上記パルプを得るために用いる原料パルプとしては、パルプ製造工程において、乾燥工程を経ていないパルプ(スラッシュパルプ)、乾燥工程を経たパルプ(ドライパルプ)のどちらでも用いることができる。   As a raw material pulp used for obtaining the above-mentioned pulp, either a pulp that has not undergone a drying process (slush pulp) or a pulp that has undergone a drying process (dry pulp) can be used in the pulp manufacturing process.

スラッシュパルプとしては、晒または未晒クラフトスラッシュ木材パルプ、晒または未晒サルファイトスラッシュ木材パルプ、晒または未晒溶解スラッシュ木材パルプ、晒または未晒クラフトスラッシュ非木材パルプ、晒または未晒サルファイトスラッシュ非木材パルプ、晒または未晒溶解スラッシュ非木材パルプ、粗または精製スラッシュリンターパルプを用いることが出来る。なお、パルプ中のリグニンが除去されることで細孔容積が増大すること、またヘミセルロースなどが除去されることにより、セルロース純分が高くなることから、例示したセルロース系材料の中でも、晒溶解スラッシュ木材パルプ、晒溶解スラッシュ非木材パルプ、精製スラッシュリンターパルプが好ましい。また、スラッシュパルプに含まれる水分は、パルプ製造条件、即ち、脱水工程の条件によって左右されるが、50〜99%、より好ましくは60〜98%であるのが望ましい。水分50%未満の場合、脱水工程によって生じるシェアによって、パルプ内の細孔容積が潰れ角質化を起す恐れがあり、セルロースのアクセシビリティーの低下を引き起こす可能性があるため、また、水分が99%を超える場合はパルプの処理効率が低下し、前処理コストが増大するために好ましくない。   Slush pulp includes bleached or unbleached kraft slash wood pulp, bleached or unbleached sulfite slush wood pulp, bleached or unbleached dissolved slush wood pulp, bleached or unbleached kraft slash non-wood pulp, bleached or unbleached sulfite slush Non-wood pulp, bleached or unbleached dissolved slush non-wood pulp, coarse or refined slush linter pulp can be used. It should be noted that the removal of lignin in the pulp increases the pore volume, and the removal of hemicellulose and the like increases the pure cellulose content. Wood pulp, bleach-dissolved slush non-wood pulp, and refined slush linter pulp are preferred. Further, the moisture contained in the slush pulp depends on the pulp production conditions, that is, the conditions of the dehydration step, but is desirably 50 to 99%, more preferably 60 to 98%. When the water content is less than 50%, the pore volume in the pulp may be crushed and keratinized due to the share generated by the dehydration process, which may cause a decrease in the accessibility of cellulose. If it exceeds 1, the pulp processing efficiency decreases, and the pretreatment cost increases, which is not preferable.

ドライパルプとしては、晒または未晒クラフト木材パルプ、晒または未晒サルファイト木材パルプ、晒または未晒溶解木材パルプ、晒または未晒クラフト非木材パルプ、晒または未晒サルファイト非木材パルプ、晒または未晒溶解非木材パルプ、粗または精製リンターパルプ、古紙パルプ、脱インキパルプ、ホヤセルロースおよび酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等、または上記セルロース系材料を苛性ソーダ溶液、銅アンモニア溶液、モルホリン誘導体等の何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸された再生セルロース、苛性ソーダ溶液により処理されたマーセル化パルプ等を用いることが出来る。なお、パルプ中のリグニン分が除去されること、またヘミセルロースなどが除去されることにより、セルロース純分が高くなることから、例示したセルロース系材料の中でも、晒溶解木材パルプ、晒溶解非木材パルプ、精選リンターパルプ、再生セルロース、マーセル化パルプが好ましい。   Dry pulp includes bleached or unbleached kraft wood pulp, bleached or unbleached sulfite wood pulp, bleached or unbleached dissolved wood pulp, bleached or unbleached kraft non-wood pulp, bleached or unbleached sulfite non-wood pulp, bleached Or unbleached non-wood pulp, crude or refined linter pulp, waste paper pulp, deinked pulp, cellulose produced by microorganisms such as squirt cellulose and acetic acid bacteria, etc., or the above cellulosic materials with caustic soda solution, copper ammonia solution, morpholine Regenerated cellulose dissolved in some solvent such as a derivative and spun again, mercerized pulp treated with a caustic soda solution, or the like can be used. In addition, since the cellulose pure content becomes high by removing the lignin content in the pulp and removing hemicellulose and the like, among the illustrated cellulose materials, bleach-dissolved wood pulp, bleach-dissolved non-wood pulp Finely selected linter pulp, regenerated cellulose, and mercerized pulp are preferred.

ドライパルプに含まれる水分は、パルプ製造条件、即ち乾燥工程の条件によって左右されるが、5〜30%であるのが好ましい。水分が5%未満の場合、パルプの角質化、即ち、分子間・分子内における水素結合が進行し、セルロースのアクセシビリティーが低下する恐れがあること、一方、水分が30%を超える場合は、輸送コストが高く、腐敗しやすいために好ましくない。   The moisture contained in the dry pulp depends on the pulp production conditions, that is, the conditions of the drying process, but is preferably 5 to 30%. If the moisture content is less than 5%, the keratinization of the pulp, that is, hydrogen bonding between molecules and molecules may proceed, and the accessibility of cellulose may be reduced.On the other hand, if the moisture content exceeds 30%, It is not preferable because the transportation cost is high and it easily perishes.

本発明は、セルラーゼに対し反応性の高いパルプを得るために、セルロースI型の結晶化度及び保水度を特定の範囲に規定する。結晶化度を低下させるためには、主にメカノケミカル処理及び/または化学処理を行えばよく、保水度を本発明の範囲内にするには、主にフィブリル化処理を行えばよい。以下のその処理について詳述する。
なお、一つの処理よりも複数の処理を組み合わせて行う方が、効率よくパルプの結晶化度を低下、保水度を高めることができ、セルラーゼの反応性を高めることができる。
In the present invention, in order to obtain a pulp highly reactive with cellulase, the crystallinity and water retention of cellulose type I are regulated within a specific range. In order to reduce the crystallinity, mechanochemical treatment and / or chemical treatment may be mainly performed, and in order to keep the water retention within the range of the present invention, fibrillation treatment may be mainly performed. The process will be described in detail below.
In addition, it is more efficient to reduce the crystallinity of the pulp, increase the water retention, and increase the reactivity of the cellulase by combining a plurality of treatments rather than one treatment.

フィブリル化処理は、セルロースの表面積を増加させ、セルラーゼのセルロース表面への吸着を容易にすることを目的として、パルプを磨砕・剪断するような機械を用いて、(1)セルロース繊維の微細構造をゆるませ、繊維内部に水を取り込んで膨潤させる(内部フィブリル化)、(2)セルロース繊維表面を毛羽立たせ、あるいは繊維を枝分かれさせ繊維表面積を増加させる(外部フィブリル化)、(3)微細繊維を生成させ、結果として繊維表面積を増加させることである。   The fibrillation treatment uses a machine that grinds and shears pulp for the purpose of increasing the surface area of cellulose and facilitating the adsorption of cellulase to the cellulose surface. (1) Fine structure of cellulose fibers (2) make the cellulose fiber surface fluffy, or branch the fibers to increase the fiber surface area (external fibrillation), (3) fine fibers And consequently increase the fiber surface area.

フィブリル化処理は、湿式条件下でセルロース繊維を磨砕・剪断し、フィブリル化できるものであれば公知の機種を用いて構わない。あえて例示するならば、パルプの叩解機である、ビーター(ナイアガラビーター 熊谷理機工業製)、PFIミル(PFIミル 熊谷理機工業製)、リファイナー(ディスクリファイナー 東西精機製)や、高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ製)、超高圧ホモジナイザー(シンマルエンタープライゼス製)、ナノマイザー(特殊機械工業製)、石臼型磨砕機(スーパーマスコロイダー、セレンディピター 共に増幸産業製)、等が挙げられる。   For the fibrillation treatment, a known model may be used as long as it can be fibrillated by grinding and shearing cellulose fibers under wet conditions. For example, beaters (Niagara Beater Kumagaya Riki Kogyo), PFI mills (PFI Mill Kumagaya Riki Kogyo), refiners (Disk Refiner Tozai Seiki) or high-pressure homogenizers (Niro)・ Soavi), ultra-high pressure homogenizer (Shinmaru Enterprises), Nanomizer (made by Special Machinery Industry), stone mill type grinder (both Supermass colloider and serendipeater are made by Masuyuki Sangyo), etc.

フィブリル化処理する際のパルプ濃度は1.0〜20%、より好ましくは、2.0〜15%とする。パルプ濃度が1.0%未満である場合、処理量が著しく増加するだけでなく、水が可塑剤として作用しフィブリル化処理の度合いが低下するため、また、パルプ濃度が20%を超える場合はパルプ濃度が高過ぎて流動性が低下し、フィブリル化処理が行い難くなるために好ましくない。また、フィブリル化処理時間は、パルプ濃度および用いた機種によって最適値は異なるものの、3分〜5時間が好ましく、より好ましくは5分〜3時間である。フィブリル化処理時間が3分未満の場合、パルプの形態変化が少なく、保水度の上昇が余り見られないため、また、処理時間が5時間を超えると、セルラーゼの反応効率とパルプの処理コストを比較し、効果が著しく小さくなるために、好ましくない。なお、石臼型磨砕機のような連続処理を行う機種では、上記の処理時間になるように、複数回繰り返し処理または循環して処理を行うことが出来る。   The pulp concentration during the fibrillation treatment is 1.0 to 20%, more preferably 2.0 to 15%. If the pulp concentration is less than 1.0%, not only will the throughput increase significantly, but water will act as a plasticizer and the degree of fibrillation will decrease, and if the pulp concentration exceeds 20%, the pulp concentration Is too high, the fluidity is lowered, and it is difficult to perform the fibrillation treatment. The fibrillation time is preferably 3 minutes to 5 hours, more preferably 5 minutes to 3 hours, although the optimum value varies depending on the pulp concentration and the model used. When the fibrillation treatment time is less than 3 minutes, there is little change in the shape of the pulp, and there is little increase in the water retention, and when the treatment time exceeds 5 hours, the reaction efficiency of the cellulase and the pulp treatment cost are reduced. In comparison, the effect is remarkably reduced, which is not preferable. In addition, in the model which performs a continuous process like a stone mill type grinder, it can process repeatedly or repeatedly in multiple times so that it may become said process time.

本願発明のメカノケミカル処理とは、セルロース繊維の結晶化度を低下させる目的で行うもので、セルロース繊維に強力なエネルギーを加えて、セルロース自体の結晶構造を変化させる、即ち、結晶化度を低下させることである。   The mechanochemical treatment of the present invention is performed for the purpose of reducing the crystallinity of the cellulose fiber, and by applying strong energy to the cellulose fiber, the crystal structure of the cellulose itself is changed, that is, the crystallinity is lowered. It is to let you.

メカノケミカル処理は、セルロースの結晶化度を低下させることができる処理であれば、公知の方法を用いて構わないが、媒体ミルを用いて処理することが好ましい。媒体ミルは、公知の機種を用いてよいが、あえて機種を例示するならば、振動ボールミル(中央化工機製)、S/Gミル(五十嵐機械製)、アペックスミル(コトブキ技研工業製)、スーパーアペックスミル(コトブキ技研工業製)、アクアマイザ(ホソカワミクロン製)、ウルトラビスコミル(アイメックス製)等が挙げられる。   As long as the mechanochemical treatment is a treatment capable of reducing the crystallinity of cellulose, a known method may be used, but a treatment using a medium mill is preferable. A known model may be used as the media mill. A mill (manufactured by Kotobuki Giken Kogyo), an aquamizer (manufactured by Hosokawa Micron), an ultra visco mill (manufactured by IMEX) and the like can be mentioned.

メカノケミカル処理は、パルプ100部を水0〜10000部、より好ましくは、水0〜5000部に分散させた状態で行う。水が10000部を超える場合は、処理量が著しく増加するだけでなく、水が可塑剤として作用しメカノケミカル処理が低下するために好ましくない。   The mechanochemical treatment is performed in a state where 100 parts of pulp is dispersed in 0 to 10,000 parts of water, more preferably 0 to 5000 parts of water. When the amount of water exceeds 10,000 parts, not only the treatment amount is remarkably increased, but also water acts as a plasticizer and the mechanochemical treatment is lowered, which is not preferable.

メカノケミカル処理に使用される媒体ミルの媒体としては、市販されているφ1mm〜φ50mmのアルミナ製、セラミック製、チタン製、ジルコニア製、ガラス製等が使用でき、その充填率は50%〜95%が好ましい。充填率が50%未満の場合、セルロースに対する接触頻度が小さくなり、メカノケミカル反応が生じ難くなるため、また、充填率が95%を超えた場合は、媒体の動きが妨げられるために好ましくない。   As media for the media mill used for mechanochemical treatment, commercially available alumina, ceramic, titanium, zirconia, glass, etc. with φ1 mm to φ50 mm can be used, and the filling rate is 50% to 95% Is preferred. When the filling rate is less than 50%, the frequency of contact with cellulose is reduced and a mechanochemical reaction is less likely to occur, and when the filling rate exceeds 95%, the movement of the medium is hindered.

処理時間は、5分〜5時間、より好ましくは10分〜3時間が好ましい。本発明においては、メカノケミカル処理の時間が重要である。処理時間が5分未満の場合、セルロースの結晶構造にほとんど変化が見られず、5時間を超える場合は、セルロースI型結晶化度は低下し、結晶構造のアモルファス化は見られるものの、セルロース繊維が著しく凝集し、硬くなるため、保水度が著しく低下するために好ましくない。一般に、保水度とセルロースの表面積には、相関関係があり、保水度が低下すると表面積が少なくなるため、仮に結晶化度が低下してもセルラーゼの反応性は低下してしまう。   The treatment time is preferably 5 minutes to 5 hours, more preferably 10 minutes to 3 hours. In the present invention, the time for mechanochemical treatment is important. When the treatment time is less than 5 minutes, there is almost no change in the crystal structure of the cellulose, and when it exceeds 5 hours, the cellulose I-type crystallinity decreases and the crystal structure becomes amorphous, but the cellulose fiber Is agglomerated and hardened, which is not preferable because the water retention is significantly reduced. In general, there is a correlation between the water retention and the surface area of cellulose, and when the water retention decreases, the surface area decreases. Therefore, even if the crystallinity decreases, the reactivity of cellulase decreases.

本発明における、化学的処理は、セルロースの結晶下度を下げることを目的としており、マーセル化処理に代表されるアルカリ処理が好ましい。   The chemical treatment in the present invention aims at lowering the crystallinity of cellulose, and alkali treatment represented by mercerization treatment is preferable.

アルカリ処理としては、パルプ100部を、パルプ濃度1.0〜20%かつ苛性ソーダ濃度3〜30%のアルカリ水分散液500〜10000部になるように調整し、5分〜5時間処理することが好ましい。より好ましくは、パルプ100部を、パルプ濃度2.0〜15%かつ苛性ソーダ濃度5〜20%のアルカリ水分散液になるように調整し、10分〜3時間処理する。
パルプ濃度が1.0%未満の場合、処理量が著しく増加するだけでなく、苛性ソーダ濃度を保つために苛性ソーダ量が増加する、即ち、薬品コストが大幅にアップするため、また、パルプ濃度が20%を超える場合はパルプ濃度が高過ぎで流動性が低下し、アルカリ化処理が不均一に進行するために好ましくない。
As the alkali treatment, it is preferable to adjust 100 parts of pulp so as to be 500 to 10,000 parts of an aqueous alkaline dispersion having a pulp concentration of 1.0 to 20% and a caustic soda concentration of 3 to 30%, and then treat for 5 minutes to 5 hours. More preferably, 100 parts of pulp is adjusted to become an alkaline water dispersion having a pulp concentration of 2.0 to 15% and a caustic soda concentration of 5 to 20%, and is treated for 10 minutes to 3 hours.
If the pulp concentration is less than 1.0%, not only will the throughput increase significantly, but the amount of caustic soda will increase to maintain the caustic soda concentration, i.e. the chemical cost will increase significantly, and the pulp concentration will increase by 20%. When exceeding, it is not preferable because the pulp concentration is too high, the fluidity is lowered, and the alkalinization treatment proceeds non-uniformly.

苛性ソーダ濃度が3%未満の場合、セルロースの結晶構造の変化は認められず、苛性ソーダ濃度が30%を超えた場合、既にセルロースI型結晶は完全に消失し、アモルファス化していることから、過剰な高濃度処理は薬品コストの大幅な増大に繋がるために好ましくない。   When the caustic soda concentration is less than 3%, no change in the crystal structure of the cellulose is observed, and when the caustic soda concentration exceeds 30%, the cellulose I-type crystals have already completely disappeared and become amorphous. High concentration treatment is not preferable because it leads to a significant increase in chemical cost.

アルカリ処理時間が5分より短い場合、マーセル化反応の進行度合いが小さく、セルロースI型結晶化度の低下度合いが小さいため、また、アルカリ処理時間が5時間を超えてもセルロースの更なる結晶構造の変化は見られないために好ましくない。   When the alkali treatment time is shorter than 5 minutes, the progress of the mercerization reaction is small and the degree of decrease in the cellulose I-type crystallinity is small, and even if the alkali treatment time exceeds 5 hours, the further crystal structure of cellulose Since the change of is not seen, it is not preferable.

本発明において使用可能なセルラーゼとしては特に限定はなく、Trichoderma 属、Aspergillus属、Irpex属、Aeromonas属、Clostridium属、Bacillus属、Pseudomonas属、Penicillium属、Humicola属などの各種の起源のもの及び/または遺伝子組み替えにより製造したものを単独若しくは二種以上を混合して用いることも出来る。なお、酵素源としては、一般に市販されているセルラーゼ製剤や上記菌の培養物やそのろ過液を直接使用することも出来る。   The cellulase that can be used in the present invention is not particularly limited, and is derived from various sources such as Trichoderma, Aspergillus, Irpex, Aeromonas, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, Penicillium, Humicola, and / or the like. Those produced by gene recombination can be used alone or in admixture of two or more. In addition, as the enzyme source, a commercially available cellulase preparation, a culture of the above-mentioned bacteria, or a filtrate thereof can also be used directly.

本発明におけるセロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースの製造方法について、詳述する。   The cellooligosaccharides in the present invention, especially the method for producing cellobiose among them, will be described in detail.

特定の結晶化度及び保水度を有するパルプを基質として、通常0.5〜20重量%の範囲内で水性反応液中に懸濁し、酵素であるセルラーゼを対基質当たり0.5〜30重量%添加し酵素分解反応を行う。その際、反応液のpHおよび温度は、酵素が失活しない範囲内であればその条件は問わないが、通常、pHは2〜10、温度は20〜70℃の範囲であれば良い。また、長期間運転を行う場合は、雑菌の繁殖若しくは反応液の腐敗対策として、酵素分解反応に影響を与えない程度に公知の防腐剤、例示するならば、安息香酸、安息香酸ソーダ、ショ糖エステル、アルコール等を添加することも出来る。   Pulp having a specific crystallinity and water retention is used as a substrate, usually suspended in an aqueous reaction solution within a range of 0.5 to 20% by weight, and cellulase, an enzyme, is added to 0.5 to 30% by weight per substrate for enzymatic degradation. Perform the reaction. At this time, the pH and temperature of the reaction solution are not limited as long as the enzyme is not inactivated, but the pH is usually 2 to 10 and the temperature is 20 to 70 ° C. In addition, when the operation is performed for a long time, as a countermeasure against the propagation of various bacteria or the decay of the reaction solution, a known preservative that does not affect the enzymatic decomposition reaction, for example, benzoic acid, sodium benzoate, sucrose Esters, alcohols and the like can also be added.

また、反応時間は、酵素分解反応条件により相違するが、通常3〜48時間程度で十分である。なお、反応装置としては、生成したセロビオースによるセルラーゼの反応性阻害の防止およびβ-グルコシダーゼによるセロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースの分解防止のために、セロビオースを含む生成したセロオリゴ糖およびグルコースのみを連続的に系外へ除去することが可能な装置であれば問題なく使用できる。あえて、同装置を例示するならば、限外ろ過装置を用いることが好ましい。上記、限外ろ過装置に使用する限外ろ過膜は使用するセルラーゼの漏出がないものであれば特に差し支えはないが、好ましくは分画分子量が1000〜50000程度のポリアミド系、セルロースアセテート系、ポリエーテルスルホン系などのような有機膜、セラミックフィルター、金属焼結フィルターなどのような無機膜に代表される限外ろ過膜を単独若しくは組み合わせて用いるのが好ましい。反応終了後のセロオリゴ糖、その中でも特にセロビオースを含む酵素分解液は、必要に応じて公知の精製手段を用いて純度を調節すること、また場合により、公知の乾燥粉砕工程を経ることで乾燥粉末化することも出来る。   Moreover, although reaction time changes with enzyme decomposition reaction conditions, about 3 to 48 hours are usually enough. In addition, as a reaction apparatus, in order to prevent cellulase reactivity inhibition by produced cellobiose and cello-oligosaccharide by β-glucosidase, in particular, to prevent cellobiose from being decomposed, only produced cellooligosaccharide containing cellobiose and glucose are continuously used. Any apparatus that can be removed outside the system can be used without any problem. If it dares to illustrate the apparatus, it is preferable to use an ultrafiltration apparatus. The ultrafiltration membrane used in the ultrafiltration device is not particularly limited as long as the cellulase used does not leak, but preferably a polyamide-based, cellulose acetate-based, It is preferable to use an ultrafiltration membrane represented by an inorganic membrane such as an organic membrane such as an ethersulfone type, a ceramic filter, and a sintered metal filter alone or in combination. After completion of the reaction, the cello-oligosaccharide, especially the enzyme degradation solution containing cellobiose is adjusted to the purity using a known purification means as necessary, and in some cases, the powder is dried by passing through a known dry grinding step. It can also be converted.

以下、本発明を実施例により詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。なお、配合量を示す「部」および「%」は、すべて「固形分重量部」および「固形分重量%」を示した。   Hereinafter, although an example explains the present invention in full detail, the present invention is not limited by this. “Parts” and “%” indicating the blending amounts all indicate “parts by weight of solids” and “% by weight of solids”.

[原料1]
市販の溶解パルプ(NDPT、日本製紙ケミカル製)を乾燥工程前より湿潤状態で採取したスラッシュパルプを用いた。なお、同原料の保水度は210%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は83.3%であった。
[Raw material 1]
A commercially available dissolving pulp (NDPT, manufactured by Nippon Paper Chemicals) was used as a slush pulp collected in a wet state before the drying step. The water retention of the raw material was 210%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I type crystallinity by X-ray diffraction method was 83.3%.

[原料2]
原料1に対し、フィブリル化処理を行った。原料1をパルプ濃度3%になるように調整した水懸濁液10Lを、GC-10-46のグラインダー(マスコライダーの砥石)をクリアランスが20μmになるようにセットしたマスコロイダー(増幸産業製)にて、回転数1800rpmの条件下、処理時間が合計1時間になるように繰り返し処理を行った。なお、同原料の保水度は533%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は68.5%であった。
[Raw material 2]
The raw material 1 was subjected to fibrillation treatment. Mass colloider (manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd.) with 10 L of water suspension adjusted to a pulp concentration of 3% and a GC-10-46 grinder (mass collider grindstone) set to a clearance of 20 μm Then, the treatment was repeated under the condition of 1800 rpm and the treatment time was 1 hour in total. The water retention of the raw material was 533%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 68.5%.

[原料3]
原料1に対し、メカノケミカル処理を行った。1L容ポットにφ30mmのセラミックボールを充填率が65%になるように入れ、更に原料1をパルプ濃度6%になるように調整した水懸濁液333mlを投入し、振動ボールミル(中央化工機製)にて30分間処理を行った。なお、同原料の保水度は383%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は74.3%であった。
[Raw material 3]
The raw material 1 was subjected to mechanochemical treatment. Place a ceramic ball of φ30mm in a 1L pot so that the filling rate is 65%, and then add 333ml of water suspension adjusted to a pulp concentration of 6% of raw material 1, and a vibrating ball mill (manufactured by Chuo Kako) For 30 minutes. The water retention of the raw material was 383%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 74.3%.

[原料4]
原料1に対し、アルカリ処理を行った。原料1をパルプ濃度5%になるように調整した15%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温下、30分間攪拌(200rpm)し、遠心分離機にて余分なアルカリを除去した後、pHが中性になるまでイオン交換水で洗浄した。なお、同原料の保水度は267%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は40.4%であった。
[Raw material 4]
The raw material 1 was subjected to alkali treatment. Immerse raw material 1 in a 15% aqueous sodium hydroxide solution adjusted to a pulp concentration of 5%, stir at room temperature for 30 minutes (200 rpm), remove excess alkali with a centrifuge, and then adjust the pH to medium. Washed with ion-exchanged water until it became neutral. The water retention of the raw material was 267%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 40.4%.

[原料5]
原料1に対し、アルカリ処理及びフィブリル化処理を行った。原料1をパルプ濃度5%になるように調整した15%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温下、30分間攪拌(200rpm)し、遠心分離機にて余分なアルカリを除去した後、pHが中性になるまでイオン交換水で洗浄した。その後、パルプ濃度10%になるように再調整した水懸濁液300mlを、PFIミル(熊谷理機工業製)にて10000回転になるまで処理を行った。なお、同原料の保水度は648%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は39.9%であった。
[Raw material 5]
The raw material 1 was subjected to alkali treatment and fibrillation treatment. Immerse raw material 1 in a 15% aqueous sodium hydroxide solution adjusted to a pulp concentration of 5%, stir at room temperature for 30 minutes (200 rpm), remove excess alkali with a centrifuge, and then adjust the pH to medium. Washed with ion-exchanged water until it became neutral. Thereafter, 300 ml of the water suspension readjusted to a pulp concentration of 10% was treated with a PFI mill (manufactured by Kumagaya Riken Kogyo) until it reached 10,000 revolutions. The water retention of the raw material was 648%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I type crystallinity by X-ray diffraction method was 39.9%.

[原料6]
原料1に対し、フィブリル化処理を行った。原料1をパルプ濃度10%になるように調整した水懸濁液300mlを、PFIミル(熊谷理機工業製)にて10000回転になるまで処理を行った。なお、同原料の保水度は235%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は82.3%であった。
[Raw material 6]
The raw material 1 was subjected to fibrillation treatment. 300 ml of an aqueous suspension prepared by adjusting the raw material 1 so as to have a pulp concentration of 10% was processed with a PFI mill (manufactured by Kumagaya Riki Kogyo) until 10,000 rotations. The water retention of the raw material was 235%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 82.3%.

[原料7]
原料1に対し、アルカリ処理を行った。原料1をパルプ濃度5%になるように調整した2%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温下、10分間攪拌(200rpm)し、遠心分離機にて余分なアルカリを除去した後、pHが中性になるまでイオン交換水で洗浄した。なお、同原料の保水度は233%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は81.7%であった。
[Raw material 7]
The raw material 1 was subjected to alkali treatment. Immerse raw material 1 in a 2% aqueous sodium hydroxide solution adjusted to a pulp concentration of 5%, stir at room temperature for 10 minutes (200 rpm), remove excess alkali with a centrifuge, and then adjust the pH to medium. Washed with ion-exchanged water until it became sex. The raw material had a water retention of 233%, and a value calculated by a calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction was 81.7%.

[原料8]
原料1に対し、メカノケミカル処理を行った。1L容ポットにφ30mmのセラミックボールを充填率が65%になるように入れ、更に原料1をパルプ濃度15%になるように調整した水懸濁液333mlを投入し、振動ボールミル(中央化工機製)にて24時間処理を行った。なお、同原料の保水度は112%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は52.2%であった。
[Raw material 8]
The raw material 1 was subjected to mechanochemical treatment. Place a ceramic ball of φ30mm into a 1L pot so that the filling rate is 65%, and then add 333ml of water suspension adjusted to a pulp concentration of 15%, and a vibrating ball mill (manufactured by Chuo Kako) For 24 hours. The water retention of the raw material was 112%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 52.2%.

[原料9]
市販の溶解パルプ(NDPTのドライ品、日本製紙ケミカル製、水分 7.5%)を用いた。なお、同原料の保水度は175%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は86.6%であった。
[Raw material 9]
Commercially available dissolving pulp (NDPT dry product, Nippon Paper Chemicals, moisture 7.5%) was used. The water retention of the raw material was 175%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 86.6%.

[原料10]
原料9に対し、フィブリル化処理を行った。原料9をパルプ濃度3%になるように調整した水懸濁液10Lを、GC-10-46のグラインダーをクリアランスが20μmになるようにセットしたマスコロイダー(増幸産業製)にて、回転数1800rpmの条件下、処理時間が合計1時間になるように繰り返し処理を行った。なお、同原料の保水度は463%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は69.5%であった。
[Raw material 10]
The raw material 9 was subjected to fibrillation treatment. 10L of water suspension with raw material 9 adjusted to 3% pulp concentration, with a mass colloider (made by Masuko Sangyo Co., Ltd.) with a GC-10-46 grinder set to a clearance of 20μm, rotation speed 1800rpm The treatment was repeated so that the treatment time was 1 hour in total. The water retention of the raw material was 463%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 69.5%.

[原料11]
原料9に対し、メカノケミカル処理を行った。1L容ポットにφ30mmのセラミックボールを充填率が65%になるように入れ、更に原料9をパルプ濃度6%になるように調整した水懸濁液333mlを投入し、振動ボールミル(中央化工機製)にて30分間処理を行った。なお、同原料の保水度は327%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は74.3%であった。
[Raw material 11]
The raw material 9 was subjected to mechanochemical treatment. Place a ceramic ball of φ30mm in a 1L pot so that the filling rate is 65%, and then add 333ml of water suspension adjusted to a pulp concentration of 6%, and a vibration ball mill (manufactured by Chuo Kako) For 30 minutes. The water retention of the raw material was 327%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 74.3%.

[原料12]
原料9に対し、アルカリ処理を行った。原料9をパルプ濃度5%になるように調整した15%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温下、30分間攪拌(200rpm)し、遠心分離機にて余分なアルカリを除去した後、pHが中性になるまでイオン交換水で洗浄した。なお、同原料の保水度は257%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は41.7%であった。
[Raw material 12]
The raw material 9 was subjected to alkali treatment. The material 9 was immersed in a 15% aqueous sodium hydroxide solution adjusted to a pulp concentration of 5%, stirred at room temperature for 30 minutes (200 rpm), and after removing excess alkali with a centrifuge, the pH was medium. Washed with ion-exchanged water until it became neutral. The water retention of the raw material was 257%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 41.7%.

[原料13]
原料9に対し、アルカリ処理及びメカノケミカル処理を行った。原料9をパルプ濃度5%になるように調整した15%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温下、30分間攪拌(200rpm)し、遠心分離機にて余分なアルカリを除去した後、pHが中性になるまでイオン交換水で洗浄した。その後、パルプ濃度10%になるように再調整した水懸濁液300mlを、PFIミル(熊谷理機工業製)にて10000回転になるまで処理を行った。なお、同原料の保水度は628%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は41.1%であった。
[Raw material 13]
The raw material 9 was subjected to alkali treatment and mechanochemical treatment. The material 9 was immersed in a 15% aqueous sodium hydroxide solution adjusted to a pulp concentration of 5%, stirred at room temperature for 30 minutes (200 rpm), and after removing excess alkali with a centrifuge, the pH was medium. Washed with ion-exchanged water until it became neutral. Thereafter, 300 ml of the water suspension readjusted to a pulp concentration of 10% was treated with a PFI mill (manufactured by Kumagaya Riken Kogyo) until it reached 10,000 revolutions. The water retention of the raw material was 628%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 41.1%.

[原料14]
原料9に対し、フィブリル化処理を行った。原料9をパルプ濃度10%になるように調整した水懸濁液300mlを、PFIミル(熊谷理機工業製)にて10000回転になるまで処理を行った。なお、同原料の保水度は205%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は85.3%であった。
[Raw material 14]
The raw material 9 was subjected to fibrillation treatment. 300 ml of an aqueous suspension prepared by adjusting the raw material 9 so as to have a pulp concentration of 10% was processed with a PFI mill (manufactured by Kumagaya Riki Kogyo) until 10,000 rotations. The water retention of the raw material was 205%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I type crystallinity by X-ray diffraction method was 85.3%.

[原料15]
原料9に対し、アルカリ処理を行った。原料9をパルプ濃度5%になるように調整した2%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温下、10分間攪拌(200rpm)し、遠心分離機にて余分なアルカリを除去した後、pHが中性になるまでイオン交換水で洗浄した。なお、同原料の保水度は198%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は85.7%であった。
[Raw material 15]
The raw material 9 was subjected to alkali treatment. The material 9 is immersed in a 2% aqueous sodium hydroxide solution adjusted to a pulp concentration of 5%, stirred at room temperature for 10 minutes (200 rpm), and after removing excess alkali with a centrifuge, the pH is medium. Washed with ion-exchanged water until it became neutral. The water retention of the raw material was 198%, and the value calculated by the calculation formula of cellulose I type crystallinity by X-ray diffraction method was 85.7%.

[原料16]
原料9に対し、メカノケミカル処理を行った。1L容ポットにφ30mmのセラミックボールを充填率が85%になるように入れ、更に原料9を20部投入し、振動ボールミル(中央化工機製)にて10時間処理を行った。なお、同原料の保水度は83%、X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式によって算出された値は34.1%であった。
[Raw material 16]
The raw material 9 was subjected to mechanochemical treatment. A 1 L pot was filled with φ30 mm ceramic balls so that the filling rate would be 85%, and 20 parts of the raw material 9 was further charged, followed by treatment with a vibrating ball mill (manufactured by Chuo Kakoki) for 10 hours. The water retention of the raw material was 83%, and the value calculated by the calculation formula for cellulose I-type crystallinity by X-ray diffraction method was 34.1%.

Figure 2005068140
Figure 2005068140

[実施例1]
10g(固形分換算)の原料2に酢酸緩衝液(pH 5.5)を適量加え、1%懸濁液を調整した。同懸濁液および市販のセルラーゼ(セルライザー、ナガセ生化学工業製)0.5gを分画分子量10000のポリスルフォン平膜をセットした攪拌機付き限外ろ過器(平膜型)に入れ、攪拌機の回転数200rpm、40℃にて、8時間糖化反応を行った。この反応の間、限外ろ過器内の反応液(糖化液)は、限外ろ過器を0.2〜0.3MPaに加圧することにより、限外ろ過膜を透過させて連続的に限外ろ過透過液として抜き出した。また、それと同時に、抜き出した透過液量と同量の酢酸緩衝液(pH 5.5)を限外ろ過器に連続的に補充し、限外ろ過器内の容量がほぼ一定となる条件を設定した。反応終了後、抜き出した透過液中に含まれるセロビオース生成量の測定、および限外ろ過器内に残存した懸濁液中に含まれる未反応物の重量を測定した。
[Example 1]
An appropriate amount of acetate buffer (pH 5.5) was added to 10 g (solid content conversion) of raw material 2 to prepare a 1% suspension. The suspension and 0.5 g of commercially available cellulase (Cell riser, manufactured by Nagase Seikagaku) are placed in an ultrafilter with a stirrer (flat membrane type) set with a polysulfone flat membrane with a molecular weight cut off of 10000, and the stirrer is rotated. The saccharification reaction was carried out at several 200 rpm and 40 ° C. for 8 hours. During this reaction, the reaction solution (saccharified solution) in the ultrafilter is continuously permeated through the ultrafiltration membrane by pressurizing the ultrafilter to 0.2 to 0.3 MPa. Extracted as. At the same time, an acetic acid buffer solution (pH 5.5) having the same amount as the extracted permeate was continuously replenished to the ultrafilter, and the conditions were set so that the volume in the ultrafilter was almost constant. After completion of the reaction, the amount of cellobiose produced in the extracted permeate was measured, and the weight of unreacted material contained in the suspension remaining in the ultrafilter was measured.

[実施例2〜4、比較例1〜4]
表1における原料を用い、実施例1と同様にしてセルラーゼによる酵素分解反応を行った。試験結果を表2に示す。
[Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 to 4]
Using the raw materials in Table 1, an enzymatic decomposition reaction with cellulase was performed in the same manner as in Example 1. The test results are shown in Table 2.

[実施例5〜8、比較例5〜8]
表1における原料を用い、実施例1と同様にしてセルラーゼによる酵素分解反応を行った。試験結果を表3に示す。
[Examples 5-8, Comparative Examples 5-8]
Using the raw materials in Table 1, an enzymatic decomposition reaction with cellulase was performed in the same manner as in Example 1. The test results are shown in Table 3.

<測定方法>
<保水度>
J.TAPPI NO26-78に準拠し、保水度を測定した。
<セルロースI型結晶化度>
セルロースI型結晶化度は、X線回折測定装置(RAD-2Cシステム、理学電気製)を用いてセルロース系材料のX線回折を測定することで求めた。セルロースI型結晶化度の算出はSegalらの手法(L.Segal,J.J.Greely et al,Text.Res.J.,29, 786,1959)、並びにKamideらの手法(K.Kamide et al,Polymer J.,17,909,1985)を用いて行い、X線回折測定により得られた回折図の2θ=4°〜32°の回折強度をベースラインとして、002面の回折強度(2θ=22.6°)とアモルファス部分の回折強度(2θ=18.5°)から次式により算出した。即ち、この値が大きいほど、セルロースの結晶性が高く、非結晶部分が少ないことを示す。
χc =((I002C − Ia)/ I002C) × 100
χc : セルロースI型結晶化度 (%)
I002C : 002面(2θ=22.6°)の回折強度
Ia : アモルファス部分(2θ=18.5°)の回折強度
<Measurement method>
<Water retention level>
The water retention was measured according to J.TAPPI NO26-78.
<Cellulose type I crystallinity>
Cellulose type I crystallinity was determined by measuring the X-ray diffraction of the cellulosic material using an X-ray diffractometer (RAD-2C system, manufactured by Rigaku Denki). Cellulose type I crystallinity was calculated by the method of Segal et al. (L. Segal, JJ Greely et al, Text. Res. J., 29, 786, 1959) and the method of Kamide et al. (K. Kamide et al, Polymer J , 17, 909, 1985), and the diffraction intensity of 2002 = 4 ° to 32 ° of the diffraction diagram obtained by X-ray diffraction measurement is used as the baseline, and the diffraction intensity of the 002 plane (2θ = 22.6 °) and amorphous It was calculated from the diffraction intensity of the part (2θ = 18.5 °) by the following formula. That is, the larger this value, the higher the crystallinity of cellulose and the less the non-crystalline portion.
χc = ((I002C − Ia) / I002C) × 100
χc: Cellulose type I crystallinity (%)
I002C: Diffraction intensity of 002 plane (2θ = 22.6 °)
Ia: Diffraction intensity of amorphous part (2θ = 18.5 °)

<セロビオースの定量法>
セロビオースの定量は、限外ろ過器より抜き出した透過液を対象に、高速液体クロマトグラフィーを用い、そのピーク面積より算出した。なお、カラムはセンシュー化学製NH2(φ4.6mm×250mm)、溶離液はアセトニトリル/水(65/35)、流速は1ml/minの条件で、示差屈折計(昭和電工製)にて測定を行った。
<Method for quantifying cellobiose>
Cellobiose was quantitatively calculated from the peak area using high performance liquid chromatography for the permeate extracted from the ultrafilter. The column was measured with a differential refractometer (Showa Denko) under the conditions of Senshu Chemical's NH2 (φ4.6mm × 250mm), eluent acetonitrile / water (65/35), and flow rate 1ml / min. It was.

<未反応率の測定法>
酵素分解反応終了後、限外ろ過器に残存した懸濁液より、未反応物を回収し、その重量を測定することで、未反応率(残存率)を算出した。
<Measurement method of unreacted rate>
After completion of the enzymatic decomposition reaction, unreacted substances were collected from the suspension remaining in the ultrafilter, and the weight was measured to calculate the unreacted ratio (residual ratio).

Figure 2005068140
Figure 2005068140

Figure 2005068140
Figure 2005068140

表2及び表3の結果から、発底原料がドライ及びスラッシュパルプいずれの場合もパルプに予め前処理を施し、一定の値に結晶化度を低下させ、保水度を高めた場合の方が、セロビオース生成量、反応率ともに向上した。ドライパルプとスラッシュパルプを比較すると、スラッシュパルプの方がセロビオース生成量、反応率ともに高かった。これは、ドライパルプは、乾燥工程を経るため、セルロース同士の結合度合いがスラッシュパルプに比べて大きく、前処理の効果がスラッシュパルプほどは出にくいためと思われる。   From the results of Table 2 and Table 3, when the bottoming raw material is either dry or slush pulp, the pulp is pretreated in advance, the crystallinity is lowered to a certain value, and the water retention is increased. Both cellobiose production and reaction rate were improved. Comparing dry pulp and slush pulp, slush pulp had higher cellobiose production and reaction rate. This is presumably because dry pulp undergoes a drying process, so that the degree of bonding between celluloses is larger than that of slush pulp, and the effect of pretreatment is less likely to occur as in slush pulp.

Claims (2)

X線回折法によるセルロースI型結晶化度の計算式(式−1)によって算出された値が10%〜80%であり、かつ保水度が200%〜1000%であるパルプを用いることを特徴とするセロオリゴ糖の製造方法。
χc =((I002C − Ia)/ I002C) × 100 … 式−1
χc : セルロースI型結晶化度 (%)
I002C : 002面(2θ=22.6°)の回折強度
Ia : アモルファス部分(2θ=18.5°)の回折強度
It is characterized by using a pulp having a value calculated by the calculation formula (Formula-1) of cellulose type I crystallinity by X-ray diffraction method of 10% to 80% and water retention of 200% to 1000%. A method for producing cellooligosaccharides.
χc = ((I002C − Ia) / I002C) × 100… Formula −1
χc: Cellulose type I crystallinity (%)
I002C: Diffraction intensity of 002 plane (2θ = 22.6 °)
Ia: Diffraction intensity of amorphous part (2θ = 18.5 °)
パルプにフィブリル化処理、メカノケミカル処理、化学的処理のいずれか一つあるいは複数の処理を施すことを特徴とする請求項1記載のセロオリゴ糖の製造方法。

The method for producing cellooligosaccharide according to claim 1, wherein the pulp is subjected to any one or more of fibrillation treatment, mechanochemical treatment, and chemical treatment.

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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006263570A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Biomass decomposition method and decomposition apparatus
WO2006112316A1 (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Matsutani Chemical Industry Co. Ltd. Purification method and production method for cellobiose
WO2008010464A1 (en) * 2006-07-19 2008-01-24 Kyoto University Microfibrillated cellulose having cellulose type-ii crystalline structure, and molded article containing the microfibrillated cellulose
WO2008099929A1 (en) 2007-02-16 2008-08-21 Kao Corporation Process for producing noncrystalline cellulose
JP2009100658A (en) * 2007-10-22 2009-05-14 Asahi Kasei Chemicals Corp Meringue and foods containing it
WO2009084492A1 (en) 2007-12-27 2009-07-09 Kao Corporation Process for producing saccharide
JP2009171952A (en) * 2007-12-27 2009-08-06 Kao Corp Method for producing sugar
JP2009171951A (en) * 2007-12-27 2009-08-06 Kao Corp Method for producing sugar
JP2009171885A (en) * 2008-01-23 2009-08-06 Nippon Paper Industries Co Ltd Method for producing sugar from cellulose-containing substance
EP1811038A4 (en) * 2004-07-27 2010-08-04 Asahi Kasei Chemicals Corp Processes for producing cellooligosaccharide
JP2011083281A (en) * 2009-09-18 2011-04-28 Nippon Paper Chemicals Co Ltd Ruminant feed
JP2013188232A (en) * 2013-07-01 2013-09-26 Nippon Paper Industries Co Ltd Method for producing sugar from cellulose-containing substance
JP2016005485A (en) * 2015-10-07 2016-01-14 日本製紙株式会社 Method for producing saccharide from cellulose-containing substance

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7947656B2 (en) 2004-07-27 2011-05-24 Asahi Kasei Chemicals Corporation Processes for producing cellooligosaccharide
EP1811038A4 (en) * 2004-07-27 2010-08-04 Asahi Kasei Chemicals Corp Processes for producing cellooligosaccharide
JP2006263570A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Biomass decomposition method and decomposition apparatus
GB2438573B (en) * 2005-04-13 2009-08-26 Matsutani Kagaku Kogyo Kk Purification method and production method for cellobiose
WO2006112316A1 (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Matsutani Chemical Industry Co. Ltd. Purification method and production method for cellobiose
JP2006290831A (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Matsutani Chem Ind Ltd Cellobiose purification method and production method
GB2438573A (en) * 2005-04-13 2007-11-28 Matsutani Kagaku Kogyo Kk Purification method and production method for cellobiose
US8580955B2 (en) 2005-04-13 2013-11-12 Matsutani Chemical Industry Co., Ltd. Purification method and production method for cellobiose
WO2008010464A1 (en) * 2006-07-19 2008-01-24 Kyoto University Microfibrillated cellulose having cellulose type-ii crystalline structure, and molded article containing the microfibrillated cellulose
US8728272B2 (en) 2006-07-19 2014-05-20 Kyoto University Microfibrillated cellulose having cellulose type-II crystalline structure, and molded article containing the microfibrillated cellulose
WO2008099929A1 (en) 2007-02-16 2008-08-21 Kao Corporation Process for producing noncrystalline cellulose
JP2009100658A (en) * 2007-10-22 2009-05-14 Asahi Kasei Chemicals Corp Meringue and foods containing it
JP2009171951A (en) * 2007-12-27 2009-08-06 Kao Corp Method for producing sugar
JP2009171952A (en) * 2007-12-27 2009-08-06 Kao Corp Method for producing sugar
WO2009084492A1 (en) 2007-12-27 2009-07-09 Kao Corporation Process for producing saccharide
JP2009171885A (en) * 2008-01-23 2009-08-06 Nippon Paper Industries Co Ltd Method for producing sugar from cellulose-containing substance
JP2011083281A (en) * 2009-09-18 2011-04-28 Nippon Paper Chemicals Co Ltd Ruminant feed
JP2013188232A (en) * 2013-07-01 2013-09-26 Nippon Paper Industries Co Ltd Method for producing sugar from cellulose-containing substance
JP2016005485A (en) * 2015-10-07 2016-01-14 日本製紙株式会社 Method for producing saccharide from cellulose-containing substance

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