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JPS6258361B2 - - Google Patents
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JPS6258361B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6258361B2
JPS6258361B2 JP1983080A JP1983080A JPS6258361B2 JP S6258361 B2 JPS6258361 B2 JP S6258361B2 JP 1983080 A JP1983080 A JP 1983080A JP 1983080 A JP1983080 A JP 1983080A JP S6258361 B2 JPS6258361 B2 JP S6258361B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ozone
cellulosic
cellulosic material
cellulose
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP1983080A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56116701A (en
Inventor
Hitoshi Ishibashi
Masahiko Ishida
Yoji Otahara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS56116701A publication Critical patent/JPS56116701A/en
Publication of JPS6258361B2 publication Critical patent/JPS6258361B2/ja
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はセルロース性物質を生物学的に分解す
るにあたり、詳細には、稲わら、麦わら、バガ
ス、故紙及び木くず等のセルロース性物質をセル
ロース分解菌あるいはセルラーゼ(セルロース加
水分解酵素)等により分解するにあたり、セルロ
ース性物質の生物学的分解性を向上させうる前処
理方法に関する。 セルロースは、セルロース分解菌が産生するセ
ルロース加水分解酵素(セルラーゼ)により、セ
ルビオース及びグルコース等に低分子化される。
このセルラーゼは複合酵素であり、その作用機構
は一般的に下記のモデルで示すことができる。
In biologically decomposing cellulosic substances, the present invention specifically decomposes cellulosic substances such as rice straw, wheat straw, bagasse, waste paper, and wood chips using cellulose-degrading bacteria or cellulase (cellulose hydrolase). The present invention relates to a pretreatment method capable of improving the biological degradability of cellulosic materials. Cellulose is reduced in molecular weight to cellulose, glucose, and the like by cellulose hydrolase (cellulase) produced by cellulolytic bacteria.
This cellulase is a complex enzyme, and its mechanism of action can generally be shown by the model below.

【表】 しかし、天然のセルロース性物質は、綿花を除
いて殆んどがリグニンを含有するセルロース性物
質である。この物質中のセルロースは、難分解性
のリグニンにより覆われているため、セルロース
分解菌あるいはセルラーゼはセルロースに直接作
用することができない。更に、セルロースは、グ
ルコースの綿状ホモポリマー同志が互いに平行に
配位した構造すなわち結晶構造を有しているた
め、リグニンが除かれたとしてもセルロース分解
菌あるいはセルラーゼの作用は弱く、すなわち
C1酵素の活性が弱い。したがつて、稲わら、麦
わら、バガス、故紙及び木くず等のセルロース性
物質をセルロース分解菌あるいはセルラーゼによ
り効率良く分解するためには、リグニンの分解及
びセルロースの結晶構造破壊が必要である。その
ために、化学的又は物理的処理等の前処理が行な
われている。化学的処理としては、水酸化ナトリ
ウム等によるアルカリ処理及びリン酸等による酸
処理等があるが、水酸化ナトリウム水溶液内にセ
ルロース性物質を加えて加熱する方法が一般的で
ある。これは、リグニンを抽出除去すると共にセ
ルロースの結晶構造を膨潤させる作用によるもの
である。しかしながら、この方法は、大量の水を
消費し、しかも、セルロース、ヘミセルロース及
び蛋白質等の有効成分の損失及び難分解性のリグ
ニン等を含む廃液の処理が必要となる等の問題点
がある。一方、物理的処理としては、ボールミル
及び振動ミル等による粉砕が一般的である。この
方法は、セルロース性物質を400メツシユ程度に
破砕して直接セルロースの結晶構造を破壊するも
のである。しかしながら、この方法は、セルロー
ス性物質を十分に乾燥する必要があること及び動
力費が著しく大きいこと等の欠点がある。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消
し、効率的なセルロース性物質の前処理方法を提
供することである。 本発明につき概説すれば、本発明の前処理方法
は、セルロース性物質を生物学的に分解するにあ
たり、含水セルロース性物質とオゾンとを接触さ
せることを特徴とするものである。 製紙工業の木材のパルプ化工程より排出される
リグニン廃液をオゾン処理することによりリグニ
ンが分解すること(昭和50年度文部省特定研究、
樋口隆昌、“オゾン及び微生物処理による廃液リ
グニンの分解”:微生物による環境浄化研究報告
参照)及びセルロースの紫外線分解が窒素雰囲気
よりも空気雰囲気の方が良好であること(朝倉書
店発行、大有機化学、天然高分子化合物編、
P42参照)が知られている。本発明者等は、セル
ロース性物質のオゾン処理につき種々検討を重ね
た結果、含水セルロース性物質に特定量以上のオ
ゾンを接触させて前処理することにより、セルロ
ース性物質の生物学的分解性すなわちセルロース
分解菌あるいはセルラーゼ等による分解性を向上
させうること見出して、本発明に到達したもので
ある。 本発明者等は、下記実験装置を用いて、セルロ
ース性物質のオゾン処理の諸条件を多角的に検討
した。次に、その装置及び操作の概要ならびに得
られた実験結果に基づき本発明を具体的に説明す
る。 第1図は実験に使用した装置の断面概略図であ
り、1はオゾン反応槽、2はガス吹き込み口、3
は移動層、4は原料貯留槽、5は原料、6は排出
フイーダー、7はオゾン発生装置、8は空気を示
す。 本装置は、図示のようにセルロース性物質の原
料5とオゾンとを接触させるオゾン反応槽1及び
オゾンを製造するオゾン発生装置7により構成さ
れる。オゾン反応槽1では原料貯留槽4より供給
されるセルロース性物質の原料5とガス吹き込み
口2より供給されるオゾンが向流接触して反応す
る。ここでガス吹き込み口2より供給されるオゾ
ンは他のガスとの混合ガスでも良い。そして、オ
ゾン反応槽1内のセルロース性物質の原料5は、
排出フイーダー6により抜かれ移動層3となつて
下降し、上昇するオゾンと接触する。一方、オゾ
ン発生装置7でつくられたオゾンは、オゾン反応
槽1内で消費されて系外へ排出される。このオゾ
ン反応槽1は移動層3による向流接触型のもので
あるが、機械的に撹拌を行ないセルロース性物質
とオゾンとを接触させる型式をとつてもよい。 以下、本発明を実施例により説明するが、本発
明はこれらによりなんら限定されるものではな
い。 実施例 1 (原料の含水率がオゾン反応量に及ぼす影響及
びオゾン反応量が酵素分解性に及ぼす影響) セルロース性物質として5〜10mmの長さに切断
した稲わらを用い、初期含水率によるオゾン反応
量の変動につき検討した。 上記した実験装置により、オゾン反応槽1内に
吹き込むオゾン濃度を12g/m3と一定にして処理
を行なつた。反応温度は室温としたが0〜70℃の
範囲にあれば良く、特に限定するものでない。オ
ゾン反応量は、入口と出口のオゾン濃度差、オゾ
ン吹き込み速度及び接触時間とから算出した。オ
ゾン反応量の単位は、乾燥稲わら1g当り反応し
たオゾンの重量(g)とした。得られた結果を第
2図に示す。すなわち、第2図は、オゾン反応量
及び含水率を接触時間に対してプロツトしたグラ
フである。A0、A5、A10、A15、A20、A38及びA55
は、初期含水率がそれぞれ0重量%、5重量%、
10重量%、15重量%、20重量%、38重量%及び55
重量%の場合の含水率の変化を示す。B0、B5
B10、B15、B20、B38及びB55は、初期含水率がそ
れぞれ0重量%、5重量%、10重量%、15重量
%、20重量%、38重量%及び55重量%の場合のオ
ゾン反応量の変化を示す。 第2図から明らかなように、オゾン反応量は接
触時間とともに増加するが、飽和曲線となり、し
かもその飽和値は初期含水率に比例している。し
かし、初期含水率0重量%のものではオゾンは実
質的に反応しない。なお、稲わらの含水率は、オ
ゾンガスが乾燥しているため、接触時間の増加と
ともに減少している。この含水率の減少曲線とオ
ゾン反応量の飽和曲線とを比較すると、初期含水
率15、20、38及び55重量%ではいずれも稲わらの
含水率が約10重量%以下になるとオゾン反応量は
飽和し、反応速度が著しく低下している。したが
つて、効率良く反応を行なわせるためには、稲わ
らの含水率を約10重量%以上特に15重量%以上に
すればよいことがわかる。 更に、セルロース性物質として、木くず及び新
聞紙につき上記と同様の実験を行つた結果、第2
図と同じような結果を得た。 以上より、セルロース性物質とオゾンを反応さ
せるには、セルロース性物質を含水させることが
必要であることが判明した。また効率良く反応を
行なわせるには、稲わらの含水率は約10重量%以
上とすることが望ましい。 次に上記方法でオゾン処理した稲わらの生物学
的分解性をセルラーゼにより評価した結果を示
す。セルロース性物質にセルラーゼを作用させた
場合、酵素1単位(U)が1時間に生成するグル
コース量を酵素分解性と定義し、これをもつてセ
ルロース性物質のセルラーゼによる分解の難易の
指標とした。すなわち、酵素分解性の値が大きけ
れば、セルロース性物質のセルラーゼによる分解
が容易になることを示す。これにより、酵素分解
性とオゾン反応量との関係を実験により検討し
た。 セルラーゼとして、市販のTrichoderma
viride起源のもの(天野製薬社製)を用いた。上
記方法で処理した稲わらについて酵素分解性を求
めた。酵素分解性の測定条件は、PH4.5、温度50
℃とした。又、酵素液の酵素単位は、カルボキシ
ルメチルセルロース(CMC)を用いて測定し、
その1単位(U)は酵素液1mlで1分間当りに生
成するグルコースが1マイクロモル(μモル)と
した。 得られた結果を第3図に示す。すなわち、第3
図はオゾン反応量と酵素分解性との関係を示した
グラフである。第3図から明らかなように、オゾ
ン反応量が0.005(g−オゾン/g−乾燥稲わ
ら)以上で酵素分解性が向上している。したがつ
て、セルロース性物質をオゾンと接触させて処理
する場合、オゾン反応量を0.005(g−オゾン/
g−乾燥稲わら)以上にすることにより効果を発
揮できることを判明した。 実施例 2 (種々のセルロース性物質に対するオゾン処理
効果) セルロース性物質として、稲わらの他に麦わ
ら、バガス、木くず及び新聞紙につき、オゾン処
理後の酵素分解性(Trichoclerma viride起源の
セルラーゼ)を求めた。オゾン処理に当つては、
いずれもオゾン反応量を0.02(g−オゾン/g−
乾燥セルロース性物質)とし、それぞれの測定条
件は前記実施例1と同じとした。稲わら及び麦わ
らは5〜10mmに切断したもの、バガス及び木くず
は2〜5mmに粉砕したもの、そして新聞紙は2mm
×5mmの大きさのものを用いた。 得られた結果を下表にまとめて示す。なお、比
較のためオゾン処理を行なわなかつた場合も併記
した。
[Table] However, most natural cellulosic substances, with the exception of cotton, contain lignin. Since the cellulose in this material is covered with persistent lignin, cellulose-degrading bacteria or cellulases cannot directly act on the cellulose. Furthermore, since cellulose has a structure in which cotton-like homopolymers of glucose are coordinated in parallel to each other, that is, a crystalline structure, even if lignin is removed, the action of cellulose-degrading bacteria or cellulases is weak, i.e.
C1 enzyme activity is weak. Therefore, in order to efficiently decompose cellulosic materials such as rice straw, wheat straw, bagasse, waste paper, and wood chips using cellulolytic bacteria or cellulases, it is necessary to decompose lignin and destroy the crystal structure of cellulose. For this purpose, pretreatment such as chemical or physical treatment is performed. Chemical treatments include alkaline treatment with sodium hydroxide or the like and acid treatment with phosphoric acid or the like, but a common method is to add a cellulosic substance to an aqueous sodium hydroxide solution and heat it. This is due to the action of extracting and removing lignin and swelling the crystal structure of cellulose. However, this method has problems such as consuming a large amount of water, loss of active ingredients such as cellulose, hemicellulose, and protein, and the need to treat wastewater containing persistent lignin and the like. On the other hand, as a physical treatment, pulverization using a ball mill, a vibration mill, etc. is common. This method involves crushing cellulosic materials into approximately 400 mesh pieces to directly destroy the crystalline structure of cellulose. However, this method has drawbacks such as the need to thoroughly dry the cellulosic material and the significant power costs. An object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art described above and to provide an efficient method for pre-treating cellulosic materials. To summarize the present invention, the pretreatment method of the present invention is characterized by bringing a water-containing cellulosic material into contact with ozone in biologically decomposing the cellulosic material. Lignin is decomposed by ozone treatment of lignin waste liquid discharged from the wood pulping process in the paper industry (Specific research by the Ministry of Education in 1975,
Takamasa Higuchi, “Decomposition of waste liquid lignin by ozone and microbial treatment”: Research report on environmental purification by microorganisms) and the fact that ultraviolet decomposition of cellulose is better in an air atmosphere than in a nitrogen atmosphere (published by Asakura Shoten, Dai Organic Chemistry) , Natural Polymer Compounds,
(See page 42) is known. As a result of various studies regarding the ozone treatment of cellulosic materials, the present inventors have discovered that by pre-treating the water-containing cellulosic materials by contacting them with a specific amount of ozone or more, the biological degradability of the cellulosic materials, i.e. The present invention was achieved by discovering that decomposition by cellulose-degrading bacteria or cellulase can be improved. The present inventors investigated various conditions for ozone treatment of cellulosic substances from various angles using the following experimental apparatus. Next, the present invention will be specifically explained based on an overview of the apparatus and operation and the experimental results obtained. Figure 1 is a schematic cross-sectional view of the equipment used in the experiment, where 1 is an ozone reaction tank, 2 is a gas injection port, and 3 is a cross-sectional diagram of the equipment used in the experiment.
4 is a moving bed, 4 is a raw material storage tank, 5 is a raw material, 6 is a discharge feeder, 7 is an ozone generator, and 8 is air. As shown in the figure, this apparatus is comprised of an ozone reaction tank 1 that brings a cellulosic material raw material 5 into contact with ozone, and an ozone generator 7 that produces ozone. In the ozone reaction tank 1, the cellulosic material raw material 5 supplied from the raw material storage tank 4 and the ozone supplied from the gas blowing port 2 come into countercurrent contact and react. Here, the ozone supplied from the gas blowing port 2 may be a mixed gas with other gases. The raw material 5 for cellulosic material in the ozone reaction tank 1 is
It is extracted by the discharge feeder 6 and descends as a moving layer 3, coming into contact with the rising ozone. On the other hand, ozone produced by the ozone generator 7 is consumed within the ozone reaction tank 1 and discharged to the outside of the system. Although this ozone reaction tank 1 is of a countercurrent contact type using a moving bed 3, it may also be of a type in which mechanical stirring is performed to bring the cellulosic material into contact with ozone. EXAMPLES The present invention will be explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these in any way. Example 1 (Effect of moisture content of raw material on ozone reaction amount and influence of ozone reaction amount on enzymatic decomposition) Rice straw cut into lengths of 5 to 10 mm was used as a cellulosic material, and ozone concentration was determined depending on the initial moisture content. The fluctuation of the reaction amount was investigated. Using the above-mentioned experimental apparatus, the treatment was carried out with the ozone concentration blown into the ozone reaction tank 1 constant at 12 g/m 3 . The reaction temperature was set at room temperature, but it is not particularly limited as long as it is in the range of 0 to 70°C. The amount of ozone reaction was calculated from the difference in ozone concentration between the inlet and the outlet, the ozone blowing rate, and the contact time. The unit of the amount of ozone reaction was the weight (g) of ozone reacted per 1 g of dry rice straw. The results obtained are shown in FIG. That is, FIG. 2 is a graph in which the amount of ozone reaction and water content are plotted against contact time. A 0 , A 5 , A 10 , A 15 , A 20 , A 38 and A 55
have an initial moisture content of 0% by weight, 5% by weight, respectively.
10wt%, 15wt%, 20wt%, 38wt% and 55
The change in water content in weight % is shown. B0 , B5 ,
B 10 , B 15 , B 20 , B 38 and B 55 have initial moisture contents of 0% by weight, 5% by weight, 10% by weight, 15% by weight, 20% by weight, 38% by weight and 55% by weight, respectively. This shows the change in the amount of ozone reaction. As is clear from FIG. 2, the amount of ozone reaction increases with contact time, but forms a saturation curve, and the saturation value is proportional to the initial moisture content. However, when the initial water content is 0% by weight, ozone does not substantially react. Note that the moisture content of rice straw decreases as the contact time increases because ozone gas is dry. Comparing this moisture content decreasing curve with the saturation curve of ozone reaction amount, it is found that at initial moisture content of 15, 20, 38, and 55% by weight, when the moisture content of rice straw becomes about 10% by weight or less, the ozone reaction amount decreases. It is saturated and the reaction rate is significantly reduced. Therefore, it can be seen that in order to carry out the reaction efficiently, the moisture content of rice straw should be about 10% by weight or more, particularly 15% by weight or more. Furthermore, as a result of conducting the same experiment as above with wood chips and newspaper as cellulosic substances, the second
We obtained results similar to those shown in the figure. From the above, it has been found that in order to cause the cellulosic material to react with ozone, it is necessary to impregnate the cellulosic material with water. Furthermore, in order to carry out the reaction efficiently, it is desirable that the moisture content of the rice straw be approximately 10% by weight or more. Next, the results of evaluating the biological degradability of rice straw treated with ozone using the above method using cellulase are shown. When cellulase is applied to cellulosic substances, the amount of glucose produced by one unit (U) of enzyme in one hour is defined as enzymatic degradability, and this is used as an indicator of the difficulty of decomposing cellulosic substances by cellulase. . That is, the larger the enzymatic decomposition value, the easier the decomposition of the cellulosic substance by cellulase. As a result, the relationship between enzymatic decomposition and the amount of ozone reaction was investigated through experiments. As cellulase, commercially available Trichoderma
The one originating from viride (manufactured by Amano Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. The enzymatic decomposition properties of rice straw treated by the above method were determined. The measurement conditions for enzymatic decomposition are PH4.5 and temperature 50.
℃. In addition, the enzyme unit of the enzyme solution was measured using carboxymethylcellulose (CMC),
One unit (U) corresponds to 1 micromol (μmol) of glucose produced per minute with 1ml of enzyme solution. The results obtained are shown in FIG. That is, the third
The figure is a graph showing the relationship between the amount of ozone reaction and enzymatic decomposition. As is clear from FIG. 3, the enzymatic decomposition property is improved when the ozone reaction amount is 0.005 (g-ozone/g-dried rice straw) or more. Therefore, when treating cellulosic materials by contacting them with ozone, the amount of ozone reaction is reduced to 0.005 (g-ozone/
It has been found that the effect can be exerted by using a dry rice straw (g-dry rice straw) or more. Example 2 (Effects of ozone treatment on various cellulosic substances) In addition to rice straw, wheat straw, bagasse, wood chips, and newspaper were used as cellulosic substances to determine their enzymatic decomposition properties (cellulase originating from Trichoclerma viride) after ozone treatment. . Regarding ozone treatment,
In both cases, the ozone reaction amount was 0.02 (g-ozone/g-
(dried cellulosic material), and the measurement conditions were the same as in Example 1 above. Rice straw and wheat straw are cut into 5-10 mm pieces, bagasse and wood chips are crushed into 2-5 mm pieces, and newspaper is 2 mm pieces.
A size of 5 mm was used. The results obtained are summarized in the table below. For comparison, a case without ozone treatment is also shown.

【表】【table】

【表】 表から明らかなように、麦わら、バガス、木く
ず及び新聞紙共に稲わらと同様にオゾン処理する
ことにより酵素分解性を向上させることができ
る。 以上の実施例に基づき、本発明の前処理方法
は、含水セルロース性物質、好ましくは含水率約
10重量%以上のセルロース性物質に対し、オゾン
をオゾン反応量が0.005(g−オゾン/g−乾燥
セルロース性物質)以上で接触させることによ
り、効率良くセルロース性物質を生物学的に分解
できる。この場合、上記含水率の上限は飽和含水
量以下の含水率(約80〜85重量%)とすることが
適当であり、セルロース性物質を水に浸漬状態に
すると、リグニン及び有機物質等が溶出してオゾ
ンと反応する結果効率が低下するので望ましくな
い。 ここで、オゾン処理したセルロース性物質は、
セルラーゼ(セルロース加水分解酵素)により効
率良く分解できることから、既知の方法により炭
素源を除いた一般の培地にオゾン処理したセルロ
ース性物質を混合し、次いでセルロース分解菌を
植菌し適切な温度及びPHに制御すれば、セルロー
ス分解菌によつてもセルロース性物質が効率良く
分解されることが実験により確認されたので、以
下応用例として示す。 応用例 (オゾン処理セルロース性物質のセルロース分
解菌による分解) セルロース分解菌として、Trichoderma
viride〔アメリカン・タイプ・カルチユアー・コ
レクシヨン(ATCC)No.13631〕、Cellulomonas
flavigena(ATCC No.484)及びコンポストより
分離した菌株(未同定、仮称CNY−266株)を用
い、実施例1と同一の原料及び条件によりオゾン
による前処理を行なつた後、セルロース分解菌に
よる資化性とオゾン反応量との関係を求めた。 培地の組成は、塩化ナトリウム6.0g/、硫
酸アンモニウム1.0g/、リン酸−カリウム0.5
g/、リン酸二カリウム0.5g/、硫酸マグ
ネシウム0.2g/、塩化カルシウム0.3g/及
び酵母エキス1.0g/とした。又、セルロース
性物質(稲わら)の濃度は10g/とした。な
お、それぞれの培養温度は、Trichoderma
viride及びCellulomonas flavigenaは30℃、
CNY266株は50℃とした。又、培養時間は10日と
した。 セルロース分解菌の資化性の指標として、それ
ぞれのセルロース分解菌の生成蛋白量を求めた。
生成蛋白量は、培養液中の全固形分中に含まれる
蛋白量から稲わら中に含まれる蛋白量を差引いた
値とした。得られた培養結果を第4図に示す。 すなわち、第4図はオゾン反応量と生成蛋白量
との関係を示したグラフであり、Cは
Trichoderma viride、DはCellulomonas
flavigena、EはCNY−266株の場合を示す。第4
図から明らかなように、それぞれの生成蛋白量
は、オゾン反応量が約0.005(g−オゾン/g−
乾燥稲わら)以上から急激に増加し、約0.02〜
0.03(g−オゾン/g−乾燥稲わら)付近から飽
和した。又、それぞれの培養結果の観察によれ
ば、オゾン処理稲わらは、いずれもセルロース分
解菌を植菌した場合稲わらが崩壊し、セルロース
分解菌が良く生育している状態がみられた。 以上の結果から、含水セルロース性物質(稲わ
ら)とオゾンとを接触させた後、この物質を炭素
源としてセルロース分解菌を培養する際に、セル
ロース性物質のオゾン反応量を約0.005(g−オ
ゾン/g−乾燥セルロース性物質)以上とするこ
とにより、セルロース分解菌の生成蛋白質すなわ
ち増殖量を向上させることができる。すなわち、
セルロース性物質が効率良くセルロース分解菌に
より分解されたことがわかる。 以上説明したように、セルロース性物質を生物
学的に分解する場合、含水したセルロース性物
質、望ましくは約10重量%以上の含水率のものを
オゾンと接触させ、その際のオゾン反応量を約
0.005(g−オゾン/g−乾燥セルロース性物
質)以上とすることにより、セルラーゼの酵素1
単位あたりのグルコース生成量あるいはセルロー
ス分解菌の増殖量を向上させることができる。し
たがつて、本発明によれば、セルロース性物質の
生物学的分解性を向上させることができ、セルロ
ース性物質を生物学的に分解し有用物質を得るに
当たり極めて有効である。例えば、前記実施例及
び応用例に示したように、セルロース性物質から
のグルコース及び微生物蛋白の生産の他、オゾン
前処理したセルロース性物質を直接粗飼料として
もよく、又、メタン発酵に適用しメタンを回収す
る場合、あるいは、酢酸等の有機酸を生成するセ
ルロース分解菌による有機酸生産等、セルロース
性物質を生物学的に有用物質に変換する場合に本
発明は極めて有効である。
[Table] As is clear from the table, enzymatic decomposition of wheat straw, bagasse, wood chips, and newspaper can be improved by ozone treatment in the same manner as rice straw. Based on the above examples, the pretreatment method of the present invention can be applied to a hydrous cellulosic material, preferably with a water content of about
By contacting 10% by weight or more of a cellulosic material with ozone at an ozone reaction amount of 0.005 (g-ozone/g-dry cellulosic material) or more, the cellulosic material can be efficiently biologically decomposed. In this case, it is appropriate that the upper limit of the water content is below the saturated water content (approximately 80 to 85% by weight), and when the cellulosic material is immersed in water, lignin and organic substances elute. This is undesirable because the efficiency decreases as a result of reaction with ozone. Here, the ozonated cellulosic material is
Since it can be efficiently decomposed by cellulase (cellulose hydrolase), an ozonated cellulosic material is mixed with a general medium from which carbon sources have been removed by a known method, and then cellulose-degrading bacteria are inoculated and the mixture is heated at an appropriate temperature and pH. It has been experimentally confirmed that cellulosic substances can be efficiently decomposed by cellulose-degrading bacteria if the control is controlled as follows. This will be shown below as an application example. Application example (degradation of ozonated cellulosic materials by cellulose-degrading bacteria) As a cellulose-degrading bacterium, Trichoderma
viride [American Type Culture Collection (ATCC) No. 13631], Cellulomonas
flavigena (ATCC No. 484) and a strain isolated from compost (unidentified, tentative name CNY-266 strain) were pretreated with ozone using the same raw materials and conditions as in Example 1, and then treated with cellulose-degrading bacteria. The relationship between assimilation and ozone reaction amount was determined. The composition of the medium is sodium chloride 6.0g/, ammonium sulfate 1.0g/, phosphate-potassium 0.5
g/, dipotassium phosphate 0.5 g/, magnesium sulfate 0.2 g/, calcium chloride 0.3 g/, and yeast extract 1.0 g/. In addition, the concentration of cellulosic material (rice straw) was 10 g/. In addition, each culture temperature is Trichoderma
viride and Cellulomonas flavigena at 30℃;
For strain CNY266, the temperature was 50°C. In addition, the culture time was 10 days. As an index of the assimilation ability of cellulose-degrading bacteria, the amount of protein produced by each cellulose-degrading bacteria was determined.
The amount of protein produced was determined by subtracting the amount of protein contained in the rice straw from the amount of protein contained in the total solid content in the culture solution. The culture results obtained are shown in FIG. In other words, Figure 4 is a graph showing the relationship between the amount of ozone reaction and the amount of protein produced, and C is
Trichoderma viride, D is Cellulomonas
flavigena, E indicates the case of CNY-266 strain. Fourth
As is clear from the figure, the amount of each protein produced is approximately 0.005 (g-ozone/g-
Dry rice straw) increases rapidly from about 0.02 to
It became saturated from around 0.03 (g-ozone/g-dry rice straw). Moreover, according to the observation of the culture results, when the ozone-treated rice straw was inoculated with cellulose-degrading bacteria, the rice straw collapsed, and the cellulose-degrading bacteria were found to be growing well. From the above results, when a hydrous cellulosic material (rice straw) is brought into contact with ozone and cellulose-degrading bacteria are cultured using this material as a carbon source, the amount of ozone reaction of the cellulosic material is reduced to approximately 0.005 (g- ozone/g of dry cellulosic material) or more, it is possible to improve the protein produced by cellulose-degrading bacteria, that is, the amount of growth. That is,
It can be seen that the cellulose material was efficiently decomposed by cellulose-degrading bacteria. As explained above, when biologically decomposing a cellulosic material, a cellulosic material containing water, preferably one with a water content of about 10% by weight or more, is brought into contact with ozone, and the amount of ozone reaction at that time is reduced to about 10% by weight.
By setting the concentration to 0.005 (g-ozone/g-dry cellulosic material) or more, the cellulase enzyme 1
The amount of glucose produced per unit or the amount of growth of cellulose-degrading bacteria can be improved. Therefore, according to the present invention, the biological degradability of cellulosic substances can be improved, and it is extremely effective in biologically degrading cellulosic substances to obtain useful substances. For example, as shown in the examples and application examples above, in addition to producing glucose and microbial proteins from cellulosic materials, ozone-pretreated cellulosic materials may be used directly as roughage, or they may be applied to methane fermentation to produce methane. The present invention is extremely effective when converting cellulosic substances into biologically useful substances, such as when recovering cellulosic substances or producing organic acids by cellulose-degrading bacteria that produce organic acids such as acetic acid.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明における実験装置の断面概略
図、第2図は接触時間に対するオゾン反応量及び
含水率の変化を示したグラフ、第3図はオゾン反
応量と酵素分解性との関係を示したグラフ、第4
図はオゾン反応量と生成蛋白量との関係を示した
グラフである。 1……オゾン反応槽、2……ガス吹き込み口、
3……移動層、4……原料貯留槽、5……原料、
6……排出フイーダー、7……オゾン発生装置、
8……空気。
Figure 1 is a cross-sectional schematic diagram of the experimental apparatus of the present invention, Figure 2 is a graph showing changes in ozone reaction amount and water content with respect to contact time, and Figure 3 is a graph showing the relationship between ozone reaction amount and enzymatic decomposition. Graph, 4th
The figure is a graph showing the relationship between the amount of ozone reaction and the amount of protein produced. 1... Ozone reaction tank, 2... Gas blowing port,
3...Moving bed, 4...Raw material storage tank, 5...Raw material,
6...Discharge feeder, 7...Ozone generator,
8...Air.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 セルロース性物質を生物学的に分解するにあ
たり、含水セルロース性物質とオゾンとを接触さ
せることを特徴とするセルロース性物質の前処理
方法。 2 含水セルロース性物質の含水率が約10重量%
以上である特許請求の範囲第1項記載のセルロー
ス性物質の前処理方法。 3 セルロース性物質とオゾンとを該セルロース
性物質の乾燥重量1gに対しオゾン反応量約
0.005g以上の割合で接触させる特許請求の範囲
第1項又は第2項記載のセルロース性物質の前処
理方法。
[Scope of Claims] 1. A method for pretreatment of a cellulosic material, which comprises bringing a hydrous cellulosic material into contact with ozone in biologically decomposing the cellulosic material. 2 The water content of the hydrated cellulosic material is approximately 10% by weight
The method for pre-treating cellulosic substances according to claim 1, which is the above. 3 Cellulosic material and ozone are mixed in an ozone reaction amount of about 1 g of dry weight of the cellulosic material.
3. The method for pre-treating a cellulosic material according to claim 1 or 2, wherein the cellulosic material is brought into contact at a rate of 0.005 g or more.
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