制紙工程および粉末セルロース製造工程排水中の糖質の有効利用

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560726
• Research Institution: Tomakomai National College of Technology
• Principal Investigator: 清水 祐一 苫小牧工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (80142694)
• Keywords: バイオマス / セルロース / 酸糖化 / 還元糖 / 電気透析 / 培地

Research Abstract

1.セルロースの硫酸糖化(前糖化+後糖化)条件の検討
製紙工程排水中の廃セルロース繊維のモデル物質として精製パルプを試料に用い、硫酸糖化の条件(硫酸濃度、糖化温度、糖化時間)および各条件下における生成グルコース量を検討した結果、後糖化でセルロースを完全に分解・水溶化するためには、前糖化条件として硫酸濃度が71%以上必要であること、糖化時間は室温で30分が適当であることがわかった。
また、後糖化においてグルコース収率を向上させるためには、糖化温度は100℃(環流下での処理)が必要であること、糖化速度は硫酸濃度(前糖化硫酸の希釈後の濃度)に大きく依存することおよび過度の糖化時間はグルコース収率の低下をもたらすことを明らかにした。なお、いずれの条件においてもグルコース収率は約90%に達した。
2.電気透析による硫酸と糖の分離回収
電気透析は硫酸と糖の分離回収に非常に有効であり、試料(硫酸糖化液)中の硫酸はほぼ定量的に回収液中へ回収された。電気透析における単位消費電力(試料中の硫酸1gを回収液へ移動させるのに必要な電力)は電極液として用いる硫酸の濃度に依存し、低濃度では単位消費電力が大きくなることから0.3M以上の濃度が必要であった。また、回収液として水の代わりに硫酸を使用した場合、透析後の回収液硫酸濃度は高くできるものの単位消費電力も多くなることを明らかにした。硫酸濃度1Mの試料からほぼ定量的に硫酸を分離回収するためには、0.66〜0.90(Wh/g H_2SO_4)の単位消費電力が必要であった。
3.回収糖の培地成分として利用
粉末セルロース製造工程の排水から電気透析により回収した還元糖溶液を、酢酸菌による微生物セルロース(BC)合成用の培地成分として利用したところ、BCの生産量はわずかであった。これは、排水中には830mg/mlの還元糖が溶解しているものの大部分がキシロースであり、酢酸菌のキシロース資化能力が低いためであった。