次に、添付の図面を参照しながら本発明� ��実施の形態についてさらに詳しく説明する� ��図1は本実施形態の前処理方法を示す説明的 断面図であり、図2は本実施形態の前処理方� �により得られたセルロースを後工程の酵素� �化に供したときの糖化効率を示すグラフで� �る。

 本実施形態の方法は、例えば、稲わら等� ��セルロース系バイオマス原料から得られた� ��ルロースを酵素により糖化してエタノール� ��製造するときに、該稲わらの前処理を行う� ��のである。

 本実施形態の方法では、加水率6~10重量%� �自然乾燥稲わらをカッターミルで粉砕し、� �径3mmのスクリーンフィルターを通過させた� �わらチップをセルロース系バイオマス原料� �し、まず、該稲わらチップを所定量の水と� �に、図1に示す摩砕装置1に連続して供給する 。

 図1に示す摩砕装置1は、上下方向に相対� �して配置された1対の円盤状砥石2,3を備え、� ��側の砥石2が固定される一方、下側の砥石3� �図示しない回転駆動手段により回転するよ� �になっている。

 上側の砥石2は、内部に上方ほど小径にな る円錐壁部4を備え、円錐壁部4は上部で円筒� ��壁部5に連通している。さらに、円筒状壁部 5は、上部で原料ホッパー6に連通しており、� ��料ホッパー6の側壁には給水口7が接続され� �いる。下側の砥石3は、内部の円錐壁部4に対 向する部分に、下方ほど小径になる円錐壁部 8を備え、円錐壁部8は最下方で底面9に連接し ている。

 そして、摩砕装置1では、砥石2,3の円錐壁 部4,8に挟まれる部分に空間部10が形成されて� ��り、砥石2,3は、それぞれ空間部10の外周側� �、摩砕面2a,3aを備えている。摩砕面2a,3aは、� ��定のクリアランスtを存して相対向しており 、面上に粒度の粗さ番46#の砥粒(図示せず)を� ��えている。

 前記構成を備える摩砕装置1としては、例 えば、増幸産業株式会社製スーパーグライン デル(商品名)を用いることができる(特許文献 3参照)。

 前記摩砕装置1では、砥石3を回転させな� �ら、原料ホッパー6から前記稲わらチップが� ��続して供給されると共に、図示しない給水� ��ンプから給水口7を介して所定量の水が連続 して供給される。摩砕装置1に供給された前� �稲わらチップ及び水は、空間部10から摩砕面 2a,3a間のクリアランスに流出し、摩砕面2a,3a� �備えられた砥粒により摩砕され、摩砕面2a,3a の外周側に排出される。

 摩砕面2a,3a間のクリアランスtは適正な範囲� ��設定されており、前記稲わらチップの摩砕� ��伴って発生するジュール熱により、該稲わ� ��チップと水とが加熱される。このとき、前� ��加熱により前記稲わらチップが焦げ付いた� ��、該稲わらチップの表層部に多く含まれる� ��化ケイ素(SiO ₂ )により摩砕面2a,3aが損傷を受けることが懸念 される。しかし、前記稲わらチップは、前述 のように所定量の水と共に摩砕装置1に供給� �れるので、前記焦げ付きや、摩砕面2a,3aの損 傷を防止することができる。

 本実施形態では、摩砕される前記稲わら� ��ップが、前記ジュール熱による加熱により� ��50~100℃の範囲の温度となるように、前記給� ��ポンプによる水の供給量を制御する。前記� ��の供給量は、例えば、摩砕面2a,3aの外周側� �温度センサ(図示せず)を備え、摩砕装置1か� �排出される摩砕された稲わらチップの温度� �検出し、検出された温度に従ってフィード� �ック制御することができる。

 また、前記水の供給量は、前記温度セン� ��により検出される温度を用いてフィードフ� ��ワード制御するようにしてもよい。前記フ� ��ードフォワード制御によれば、セルロース� ��バイオマス原料の種類(本実施形態では稲わ らチップ)、粒度が固定されており、砥石3の� ��転数、摩砕面2a,3a間のクリアランスtを設定� ��れば、定常的なセルロース系バイオマス原� ��の供給量に対して給水量を設定することに� ��り、摩砕された稲わらチップの温度がほぼ� ��定される。従って、前記セルロース系バイ� ��マス原料の種類、粒度、砥石3の回転数、摩 砕面2a,3a間のクリアランスt、定常的なセルロ ース系バイオマス原料の供給量、給水量のデ ータをテーブルデータとしてまとめて初期値 を設定することにより、前記給水量の変動を 低減することができ、給水ポンプの動力を低 減することができる。

 摩砕される前記稲わらチップの温度が50~1 00℃の範囲になるようにすると、前記加熱に� ��り、まず、該稲わらチップのセルロースに� ��固に結合しているリグニンが軟化される。� ��記リグニンは、前記摩砕のみによってもあ� ��程度解離させることができるが、前記加熱� ��より軟化されたリグニンが前記摩砕を受け� ��ことにより、前記セルロースから容易に解� ��させることができる。

 また、前記加熱により、前記給水ポンプ� ��ら供給される水と、前記稲わらチップに含� ��されている水とが、沸騰せしめられる。前� ��稲わらチップは、前記水が沸騰により相変� ��を起こすことにより膨張せしめられ、膨張� ��態で前記摩砕に供されることにより、容易� ��粉砕される。この結果、前記稲わらチップ� ��セルロースの細胞壁を形成しているヘミセ� ��ロースが除去されると共に、該稲わらチッ� ��のセルロースの結晶化度が低くなる。

 また、前記稲わらチップ中には微生物が� ��在しているが、前記加熱によれば該微生物� ��死滅させることができる。この結果、後工� ��の酵素糖化で糖分が生成したときに、該糖� ��が前記微生物の基質として消化されること� ��なく、該糖分の減少を防止することができ� ��。

 前記摩砕される稲わらチップの温度が50� �未満であるときには、前記リグニンの解離� �前記ヘミセルロースの低分子化、前記セル� �ースの結晶化度の低減がいずれも不十分に� �り、また水分の過多により相対的に基質濃� �が低下するため、後工程の酵素糖化におい� �、十分な糖化効率を得ることができない。

 一方、大気圧下における水の沸点は100℃� ��あるため、前記水の供給量により、前記稲� ��らチップの温度を100℃を超えるものとする� ��とは難しい。

 また、前記摩砕される稻わらチップの温� ��を50~100℃の範囲に維持することで、その熱� ��を後工程の酵素糖化に利用することができ� ��該酵素糖化工程で再度加熱する必要がない� ��

 次に、摩砕装置1において前記給水ポンプ による給水量を変量して、摩砕される稲わら チップの温度を変え、それぞれの温度で得ら れたセルロースを酵素で糖化したときの糖化 率を測定した。摩砕される稲わらチップの温 度は、32℃(比較例1)、45℃(比較例2)、55℃(実� �例1)、60℃(実施例2)、84℃(実施例3)、100℃(実� ��例4)とした。

 前記酵素による糖化は、前記稲わらチッ� ��を摩砕装置1で摩砕して得られたセルロース の水溶液(基質濃度5重量%)に、酵素として市� �のセルラーゼ(ジェネンコア協和株式会社製� ��商品名:GC220)を酵素濃度0.5重量%となるよう� �加え、pHを4.0とし、50℃で48時間振盪攪拌す� �ことにより行った。糖化率は、稲わらチッ� �の固形分析により得られたαセルロース量に 対する、前記酵素による糖化により得られた グルコース量の割合として求めた。

 一方、参考例として、従来の水熱処理法� ��従って、前記稲わらチップを180℃、1MPaの水 蒸気で30分処理して得られたセルロースを前� ��各実施例及び各比較例と全く同一にして前� ��酵素により糖化し、糖化率を測定した。

 前記各実施例及び各比較例の糖化率を、� ��記参考例の糖化率を1とする糖化効率として 、図2に示す。図2から、摩砕される稲わらチ� ��プの温度が、50~100℃の範囲である実施例1~4� ��は、糖化効率が参考例とほぼ同等であるこ� ��が明らかである。一方、32~45℃の範囲であ� �比較例1~2では、糖化効率が参考例より低く� �従来の水熱処理法に及ばないことが明らか� �ある。