湿式微粉砕による草本系バイオマスの固体糖化発酵

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本研究の目的は含水率30～60％程度の草本系バイオマス（稲わら，エリアンサス，ミスカンサス）を湿式微粉砕し，固体状態で糖化発酵させる技術を開発することである。微粉砕可能な既存の農業機械を調査したところ、植繊機が候補として挙がった。植繊機とは草木質系バイオマスを一軸可変リードスクリューで加圧・混練・昇温・摩砕する機械であり、竹や農業残渣などの堆肥化促進のために使用されている。植繊機出口部の成型プレートの抵抗を調整し、稲わらを処理したところ、出口温度は約90℃まで昇温した。出口温度が90℃であれば、スクリュー内部の温度は90～100℃と推察される。機械的エネルギーで発生する90～100℃の熱を有効に利用し、湿潤状態の草本系バイオマスを減容化するとともに十分に酵素糖化可能な物質に変換できることは、実用化の観点から大変意義深い。しかしながら、植繊機で処理しただけの稲わらでは十分な糖化率を得られなかった。水酸化カルシウムを用いた酵素糖化のための前処理温度は95～100℃であり、植繊機内部の温度はほぼ等しい。そこで、刈り取り直後の稲わらを想定して含水率を50～60％に調整し、原料乾量の10％の水酸化カルシウムを添加し、植繊機で処理。処理物を酵素糖化させたところ、グルコース回収率が80％に達することが明らかとなった。アルカリと少量の水が存在する状態で、加圧・混練・昇温・摩砕によってメカノケミカル反応が誘起され、リグニンとヘミセルロースによるセルロースの保護が外れて、易糖化性の物質が得られたと考えられる。