(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、および自治体廃棄バイオマス）を加工処理する方法を提供する。【解決手段】炭水化物含有材料（例えば、バイオマス材料またはバイオマス由来材料）、そのような材料を加工処理する方法、ならびにそのような加工処理から得られる中間体および生成物有用な中間体および生成物を開示する。例えばセルロースおよび／またはリグノセルロース材料を使用して、例えば、連続、半連続または非連続様式での酵素糖化により、中間体または生成物を生成することができるシステムを開示する。【選択図】図３
2019141057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
糖化処理により糖化された混合物を提供し、前記糖化された混合物における固体成分から第１のセルラーゼ溶液を分離する工程であって、前記第１のセルラーゼ溶液が酵素及び糖類を含む、工程と、
前記第１のセルラーゼ溶液を用いて第１のバイオマスを糖化する工程であって、それにより第２のバイオマスおよび第１の糖溶液を生成する、工程と、
前記第１の糖溶液から前記第２のバイオマスを分離する工程であって、前記第１の糖溶液は、前記第１のセルラーゼ溶液と比較して糖をより多く含んでいる、工程と、
非イオン性界面活性剤および／または抗菌添加物を前記第１の糖溶液に導入する、工程と、
第２のセルラーゼ溶液を用いて第２のバイオマスを糖化する工程であって、前記第２のセルラーゼ溶液はセルビアーゼを含んでおり、それにより第３のバイオマスおよび第２の糖溶液を生成する、工程と、
前記第２の糖溶液から第３のバイオマスを分離し、酵素及び糖類を含む第３のセルラーゼ溶液を得る、工程と
を含む、糖化を増強するための方法。
【請求項２】
バイオマスは照射、超音波処理、酸化、熱分解、蒸気爆発およびそれらの組み合わせからなる群より選択される方法により処理されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
バイオマスは、照射により処理されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バイオマスは約１０〜２００Ｍｒａｄの総線量を受ける、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のバイオマスおよび第１の糖溶液は、遠心分離機、濾過装置、沈降槽、多孔性材料、メッシュ、ストレーナー、振動スクリーナー、有孔板またはシリンダ、ふるい分け装置およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるセパレータにより分離される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
利用可能な糖または糖類の少なくとも７０％が前記第１のバイオマスから糖化される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。（オリジナルクレーム９）
【請求項７】
利用可能な糖または糖類の少なくとも９５％が前記第１のバイオマスから糖化される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のバイオマスは、セルロースまたはリグノセルロースバイオマスである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のバイオマスは、紙、紙製品、紙廃棄物、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、下水、サイレージ、草、わら、麦わら、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、トウモロコシ穂軸、コーン・ストーバー、アルファルファ、干し草、ココナツの毛、海藻、藻類、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のバイオマスの糖化は少なくとも１つのジェットミキサーを使用して実施される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のバイオマスの糖化は、前記第１のバイオマスを液体中で、ミキサを使用して混合しながら実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のバイオマスの糖化は少なくとも１つのジェットミキサーを使用して実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
分離は前記ミキサを止めた後に実施される、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
分離は固体成分を沈降させ、液体を前記固体からデカントすることにより実施される、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
分離は、連続遠心分離機を使用することにより実施される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法のいずれかの工程の間に、非イオン性界面活性剤及び／または抗菌添加物を導入する工程をさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１２年７月２に出願された米国仮特許出願第６１／６６７，１５６号（この全開示はこれによって、参照により本明細書に組み込まれる）に対し優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
セルロースおよびリグノセルロース材料は大量に多くの適用で生成され、加工処理され、および使用される。しばしば、そのような材料は１度使用され、その後、廃棄物として捨てられ、または単に、廃棄材料、例えば、下水、バガス、おがくず、およびストーバーになると考えられる。
【発明の概要】
【０００３】
この発明は、炭水化物含有材料（例えば、バイオマス材料またはバイオマス由来材料）、そのような材料を加工処理する方法、ならびにそのような加工処理から得られる中間体および生成物、例えば燃料および／または他の生成物に関する。一般に、バイオマスはセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを、より少ない量のタンパク質、抽出可能物およびミネラルと共に含む。セルロースおよびヘミセルロース画分に含まれる複合炭水化物は、糖化により、例えば、セルロース分解酵素、酸（例えば、弱または希薄鉱酸）または酸処理後のセルロース分解酵素を使用することにより加工処理して糖類にすることができ、糖類はその後、最終生成物もしくは中間体として使用することができ、あるいは、さらにバイオプロセス処理または化学手段、例えば、発酵または水素化により、様々な生成物、例えばアルコール、糖アルコール、有機酸および炭化水素に変換することができる。生成された生成物はしばしば、使用した微生物または化学薬品および加工処理が起こる条件に依存する。
【０００４】
一般に、本発明は、連続、半連続または非連続様式で、バイオマス、例えば、セルロースまたはリグノセルロース原料を糖化するための、例えば、バイオマス材料の糖化を増強するプロセスおよびシステムに関する。糖化は、例えば、全体の糖収率を増加させることにより増強させることができる。いずれの特定の理論にも縛られないが、本明細書で開示される方法は、より費用効率を高くする、およびプロセス変動をより低くすることにより（例えば、プロセス中の粘度変動、温度変動および／またはｐＨ変動をより低くする）、糖化有効性を増加させる一方、フレキシブルでハイスループットを可能にすると考えられる。
【０００５】
一般に、多くの態様では、本明細書で記載される発明はより高い糖収率を可能にする。例えば、場合によっては、バイオマス材料中の実質的に全ての利用可能な糖が除去され得る。他の場合には、７０パーセント超、７５パーセント超、８０パーセント超、８５パーセント超、９０パーセント超、９５パーセント超またはさらには９９パーセント超の利用可能な糖類がバイオマスから除去され得る。さらに他の場合には、約６０〜９９パーセント、または約６５〜９５パーセントまたは約６８〜９０パーセントの、バイオマス材料中の糖類が除去され得る。
【０００６】
例えば、１つの態様では、発明は、糖化材料を糖化することを含む、バイオマス材料を加工処理する方法を特徴とする。糖化前の糖化材料は本明細書で記載される任意の方法で処理することができ、例えば、電子ビーム照射により処理することができる。
【０００７】
別の態様では、発明は、固体糖化バイオマスを液体培地から分離し、および固体糖化バイオマスを糖化するための方法を特徴とする。糖化バイオマスはバイオマスの糖化（例えば、酵素、酸またはこれらの組み合わせを用いる）により生成させることができる。任意で、１つ以上のジェットミキサーを糖化中に使用することができる。液体培地は、酵素、糖類、ミネラル、塩、酸、塩基および懸濁固体（例えば、バイオマスに由来する微細微粒子材料）およびガスを含むことができる。バイオマスは、液体培地により湿潤化され、例えば、バイオマスは液体培地に懸濁させることができ、および／またはそれから沈降させることができる。液体は水性液体とすることができる。
【０００８】
いくつかの実行では、バイオマスは、照射、超音波処理、酸化、熱分解、蒸気爆発およびこれらの組み合わせを含む方法により処理されている。照射は約１０〜２００Ｍｒａｄ（例えば、約１０〜１００Ｍｒａｄ、約５〜５０Ｍｒａｄ）の総線量を提供するように実施することができ、１を超える電子ビーム装置を使用して、例えば、照射間で冷却して実施することができる。
【０００９】
いくつかの実行では、固体糖化バイオマスおよび液体培地は遠心分離機、濾過装置、沈降槽、多孔性材料、メッシュ、ストレーナー、振動スクリーナー、有孔板またはシリンダ、ふるい分け装置および任意の順序のこれらの組み合わせから選択され、任意で分離中に２回以上使用されるセパレータにより分離される。
【００１０】
いくつかの実行では、実質的に全ての利用可能な糖類は、固体バイオマスから糖化される。あるいは、任意で、少なくとも７０％または９５％の利用可能な糖もしくは糖類が固体バイオマスから糖化される。例えば糖類はグルコースおよびキシロースを含むことができる。
【００１１】
いくつかの実行では、方法はセルロースまたはリグノセルロースバイオマスを含むバイオマスから生成物（例えば、糖類または糖誘導体）を生成させるのに有用である。例えば、バイオマスは、紙、紙製品、紙廃棄物、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、下水、サイレージ、草、わら、麦わら、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、トウモロコシ穂軸、コーン・ストーバー、アルファルファ、干し草、ココナツの毛（ｃｏｃｏｎｕｔ  ｈａｉｒ）、海藻、藻類、およびこれらの混合物を含むことができる。
【００１２】
別の態様では、発明の方法は下記を含むことができる：固体バイオマスを液体中で糖化すること；固体糖化バイオマスを液体から分離すること；液体を分離した糖化バイオマスから除去すること、ならびに液体および糖化剤を分離した糖化バイオマスに添加すること（例えば、分離した糖化バイオマスを糖化するため）。任意で、方法は固体の糖化を３回以上繰り返すことを含む。糖化中、バイオマス材料および液体はミキサ、例えば１つ以上のジェットミキサーを使用して混合することができる。任意で、分離は固体を沈降させることにより、例えば、混合を止め、材料が沈降するのを待つことにより達成することができ、その後、液体はデカントし、および／または固体から除去することができる（例えば、液体を槽／容器の上部から送り出すことによる）。任意でおよび／または加えて、固体は別の方法、例えば連続遠心分離機により分離することができる。連続遠心分離機を使用する場合、槽内での混合は、材料が容器／槽内で沈降する必要がないので、材料が連続遠心分離機に送られる限り続けることができる。
【００１３】
別の態様では、発明は、セルロース材料を加工処理する方法を特徴とし、これは、第１の糖化槽および第２の糖化槽内でバイオマス材料を糖化することを含む。場合によっては、第１の糖化槽は、第２の糖化槽と流体連結される。第２の糖化槽の内容物は第１の糖化槽の内容物より高い糖濃度を有し、例えば、第１の糖化槽中の糖類の濃度は、約１ｇ／Ｌ未満（例えば、５ｇ／Ｌ未満、約１０ｇ／Ｌ未満、約５０ｇ／Ｌ未満、約１００ｇ／Ｌ未満、約２００ｇ／Ｌ未満、約３００ｇ／Ｌ未満、約５００ｇ／Ｌ未満）とすることができ、および第２の糖化槽中の糖類の濃度は少なくとも１ｇ／Ｌ（例えば、少なくとも５ｇ／Ｌ、少なくとも１０ｇ／Ｌ、少なくとも５０ｇ／Ｌ、少なくとも１００ｇ／Ｌ、少なくとも２００ｇ／Ｌ、少なくとも３００ｇ／Ｌ、少なくとも５００ｇ／Ｌ）とすることができる。任意で、第１の糖化槽は、第２の糖化槽と連続流体連結される。酵素、例えばバイオマスを消化して糖類にするものを糖化中、第１の糖化槽に添加することができ、および、バイオマスを糖化中、第２の槽に添加することができる。
【００１４】
発明の別の態様では、２つの槽間の流体連結は第１の糖化槽と第２の糖化槽の間の流体流路により提供することができる。第１のセパレータは、流体流路に沿って配置することができ、原料バイオマス材料より低い炭水化物レベルを有する使用済みのバイオマスは、例えば、エネルギー生成のために、第１のセパレータ上で収集され、一方、残りの第１の上清糖溶液はセパレータを通って第２の槽に流れ込む。第２のセパレータは流体流路に沿って配置することができ、第２の上清糖溶液は第２のセパレータを通過した後に収集され、および、第２のセパレータにより濾過して除去されたバイオマスは第１の糖化槽に添加される。セパレータはメッシュ、スクリーン、振動スクリーナー、ストレーナー、遠心分離機、フィルタ、沈降槽またはそれらの組み合わせとすることができる。
【００１５】
任意で、第１および第２の糖化槽内の温度は約４５℃超（例えば、約５５℃超、４５〜６５℃の間、５０〜６０℃の間）である。
【００１６】
バイオマスは、セルロースまたはリグノセルロース材料、例えば、紙、紙製品、紙廃棄物、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、下水、サイレージ、草、わら、麦わら、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、トウモロコシ穂軸、コーン・ストーバー、アルファルファ、干し草、ココナツの毛、海藻、藻類、またはそれらの混合物を含むことができる。
【００１７】
方法のいくつかの実行では、バイオマス材料は、例えば、粉砕（例えば、切断、ミリング、ウェットミリング、フリーザーミリング、ハンマーミリング、加圧、グライディング、せん断および細断）により機械的に処理される。機械的処理は、原料の嵩密度を低減させ、および／または原料の表面積を増加させることができる。いくつかの実施形態では、機械的処理後、材料は０．７５ｇ／ｃｍ３未満（０．７０ｇ／ｃｍ３未満、０．６５ｇ／ｃｍ３未満、０．６０ｇ／ｃｍ３未満、０．５５ｇ／ｃｍ３未満、０．５０ｇ／ｃｍ３未満、０．４５ｇ／ｃｍ３未満、０．４０ｇ／ｃｍ３未満、０．４５ｇ／ｃｍ３未満、０．４０ｇ／ｃｍ３未満、０．３５ｇ／ｃｍ３未満、０．３０ｇ／ｃｍ３未満、０．２５ｇ／ｃｍ３未満、０．２０ｇ／ｃｍ３未満、０．１５ｇ／ｃｍ３未満、０．１０ｇ／ｃｍ３未満、０．０５ｇ／ｃｍ３未満）の嵩密度を有する。嵩密度はＡＳＴＭ  Ｄ１８９５Ｂを使用して決定される。
【００１８】
セルロースまたはリグノセルロース材料を含むバイオマスはまた、放射線、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆発、および任意の順序のこれらの組み合わせにより処理することができる。これらの処理方法は天然材料の不応性に対し、材料の不応性を低減させることができ、バイオマスはその後、より容易に糖化される。放射線処理は１つ以上の電子ビームによるものとすることができる。照射の総線量は、約１０Ｍｒａｄ〜２００Ｍｒａｄとすることができる。処理は本明細書で開示される処理の任意の１つ以上を含むことができ、単独で、または任意の所望の組み合わせで適用でき、および１回または複数回適用できる。
【００１９】
開示される方法の糖化により生成される糖類はグルコース、キシロース、果糖、アラビノース、マンノースならびに二、三および多糖類を含むことができる。糖類は、例えば、生物、酵素および／または触媒を用いて生成物に変換することができる。
【００２０】
１つの実行では、方法は、酵素および液体、例えば水を第１の糖化槽に添加することにより、およびバイオマス材料を第２の糖化槽に添加することにより、セルロース材料またはリグノセルロース材料を加工処理することを含む。第１の糖化槽は、第２の糖化槽と流体連結されており、第２の糖化槽の内容物は第１の糖化槽の内容物より高い糖濃度を有する。
【００２１】
さらに別の態様では、発明は、第１の糖化材料を含む第１の糖化槽および第２の糖化材料を含む第２の糖化槽を使用して、バイオマスを糖化するためのシステムである。第１および第２の糖化材料は流体連結されている。第１の糖化バイオマスは、第２の糖化材料よりも低い糖濃度を有する。任意で、流体連結は連続的である。システムはまた、第１の糖化槽と第２の糖化槽の間に流体流路に沿って配置された第１のセパレータを含むことができ、この流体流路は、第１の槽と第２の槽の間の流体連結を提供する。システムはさらに第１の糖化槽と第２の糖化槽の間に流体流路に沿って配置された第２のセパレータを含むことができる。セパレータは、メッシュ、スクリーン、振動スクリーナー、ストレーナー、遠心分離機、フィルタまたは沈降槽の任意の１つ以上とすることができる。
【００２２】
バイオマスを糖化するためのシステムは、第１および第２の糖化槽を含むことができる。第１の流体流路は第１の槽から第２の槽までの第１の流体連結を提供する。第１のセパレータは、第１の槽と第２の槽の間の流体連結から加工処理されたバイオマスを除去するために第１の流体流路内に配置される。第２の流体流路は第２の槽から第１の槽までの第２の流体連結を提供する。第２のセパレータは、第１の槽と第２の槽の間の流体連結から糖化上清を除去するために第２の流体流路内に配置される。システムは、第２のセパレータが糖化上清を除去するのと大体同じ速度で、液体原料を第１の槽に添加するように構成された第１の送達装置を含む。システムはまた、第２のセパレータが加工処理されたバイオマスを除去するのと大体同じ速度で、バイオマス原料を第２の槽に添加するように構成された第２の送達装置を含む。任意で、第１の流体流路および第２の流体流路は、第１の糖化槽と第２の糖化槽の間で、一定流量の流体を提供する。
【００２３】
他の特徴および利点は下記詳細な説明および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】セルロースのグルコースへの酵素加水分解を示す図である。
【図２】セルラーゼのセルロースおよびセルロース誘導体への作用を示す図である。
【図３】セルロースまたはリグノセルロース材料を含むバイオマスの１つ以上の生成物への変換を示す流れ図である。
【図４】２つの槽および２つのセパレータを使用してバイオマスを糖化するための方法を示す図である。
【図５】４つ以上の槽およびセパレータを使用してバイオマスを糖化するための方法を示す図である。
【図６】２つの槽および２つのセパレータを使用する発明の特定の実施形態を示す。図６Ａはバグハウスの拡大切り欠き図である。図６Ｂは、２つのスクリーンを有する振動スクリーナーの拡大部分切り欠き図を示す。図６Ｃは１つのスクリーンを有する振動スクリーナーの拡大切り欠き図を示す。
【図７】非連続様式での、バイオマスを糖化するための方法を示す流れ図である。
【図８】バイオマスの非連続糖化のための方法を示す流れ図である。
【図９】バイオマスの非連続糖化のための別の方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書で記載される方法を使用して、バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、紙、および自治体廃棄バイオマス）を加工処理し、高い収率で糖類ならびに他の有用な中間体および生成物、例えば有機酸、有機酸の塩、無水物、有機酸のエステルおよび燃料、例えば、内燃機関のための燃料または燃料電池のための原料を生成させることができる。バイオマスの連続、半連続またはバッチ加工処理、例えば、１つ以上の槽およびセパレータを使用する、セルロースまたはリグノセルロース材料の連続または非連続糖化を含む、システムおよびプロセスが本明細書で記載される。
【００２６】
原料を容易に加工処理することができる形態に変換するために、原料中のグルカンまたはキシラン含有セルロースを、糖化剤、例えば、酵素または酸により、低分子量炭水化物、例えば糖類に加水分解する。プロセスは糖化と呼ばれる。低分子量炭水化物はその後、例えば、既存の製造プラント、例えば単細胞タンパク質プラント、酵素製造プラント、または燃料プラント、例えば、エタノール製造施設において使用することができる。
【００２７】
酵素およびバイオマス、例えばバイオマスのセルロースおよび／またはリグニン部分を分解するバイオマス分解生物は、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼまたは様々な小分子バイオマス分解代謝産物を含み、または製造する。これらの酵素は、相乗的に作用し、バイオマスの結晶セルロースまたはリグニン部分を分解する酵素の複合物であってもよい。セルロース分解酵素の例としては下記が挙げられる：エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびセロビアーゼ（β−グルコシダーゼ）。図１について説明すると、糖化中、セルロース基質は最初に、ランダムな位置でエンドグルカナーゼにより加水分解され、オリゴマ中間体が生成される。これらの中間体はその後、エキソ開裂グルカナーゼ、例えばセロビオヒドロラーゼの基質となり、セルロースポリマの末端からセロビオースが生成される。セロビオースは水溶性のグルコースの１，４−連結二量体である。最後に、セロビアーゼはセロビオースを切断し、グルコースが得られる。
【００２８】
以下、図２について説明すると、セルロース（８０）の加水分解は多段階プロセスであり、固体−液体界面での、エンドグルカナーゼ（ＥＧ）およびエキソグルカナーゼ／セロビオヒドロラーゼ（ＣＨＢ）の相乗的作用による初期分解を含む（工程Ａ）（１２０）。この初期分解に伴って、可溶性中間体生成物、例えばオリゴ糖およびセロビオース（９０）の加水分解によるさらなる液相分解が起こり、これらは、β−グルコシダーゼ（βＧ、１１０）により（工程Ｂ）において触媒的に切断される。セロビオースは、（工程Ｄ）において示されるように、ＣＢＨおよびＥＧ（１２０）の両方を直接阻害する。グルコース（１００）は、βＧ（１１０）（工程Ｃ）、ＣＢＨおよびＥＧ（１２０）（工程Ｅ）を直接阻害する。本明細書で記載される方法は、この阻害を排除または低減することができ、糖のずっと高い収率が提供される。本明細書で記載される方法に加えて、またはこれと組み合わせて、原料を添加物、例えばグルコースイソメラーゼと接触させることもまた、ＰＣＴ／ＵＳ１２／７１０９３号およびＰＣＴ／ＵＳ１２／７１０９７号（どちらも英語で書かれており、２０１２年１２月２０日に出願されており、その全開示は参照により本明細書に組み込まれる）で記載されるように、この阻害を低減または排除する（工程ＣおよびＥ）。
【００２９】
本明細書で記載される方法により糖化されたバイオマスは、例えば、アルコールを製造するためのプロセスを示す図３を参照することにより、様々な生成物に製造することができる。方法は、例えば、任意で原料を機械的に処理すること（工程２１０）、この処理の前および／または後に、任意で、原料を別の物理的処理、例えば照射を用いて処理し、さらにその不応性を低減させること（工程２１２）、ならびに本明細書で記載される方法を用いて、原料を糖化し、糖溶液を形成させること（工程２１４）を含むことができる。任意で、方法はまた、例えば、パイプライン、鉄道車両、トラックまたはバージにより、溶液（または、糖化が途中で実施される場合、原料、酵素および水、）を製造プラントに輸送すること（工程２１６）を含み得る。場合によっては、糖化原料はさらにバイオプロセス処理され（例えば、発酵され）、所望の生成物（工程２１８）および副産物（２１１）が生成される。得られた生成物は、いくつかの実行では、さらに、例えば、蒸留により加工処理され得る（工程２２０）。所望であれば、２０１０年２月１１日に出願された米国特許第８，４１５，１２２号（その全開示内容は参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるように、リグニン含量を測定する工程（工程２２２）およびこの測定の基づき、プロセスパラメータを設定または調整する工程（工程２２４）が、プロセスの様々な段階で実施され得る。
【００３０】
図４について説明すると、原料バイオマス材料（例えば、セルロースまたはリグノセルロース材料）を糖化するための方法が示される。第１の糖化槽（４１０）および第２の糖化槽（４２０）が、第１のセパレータ（４３０）および第２のセパレータ（４４０）を通して流体連結される。バイオマス原料（４５０）は、第２の槽（４２０）に添加することができ、酵素原料（４６０）は、第１の槽（４１０）に添加することができる。第１の槽の内容物（４１０）は、第１のセパレータ（４３０）を通って流れるようにされる。第１のセパレータは糖化する混合物を、液体ストリーム（第２の槽（４２０）に流れ込むようにされる）、および固体ストリーム（４７０）、例えば、固体生成物、使用済みバイオマスまたは加工処理されたバイオマス（収集して、さらに加工処理することができる）に分配する。第２の槽（４２０）の内容物は、第２のセパレータ（４４０）を通って流れるようにされる。第２のセパレータは、第２の槽（４２０）からの糖化する材料を固体ストリーム（第１の槽（４１０）に流れ込むようにされる）、および液体ストリーム（４８０）（例えば、液体生成物、糖化糖溶液、糖溶液、糖化上清）に分配する。第１の槽（４１０）内の糖化する材料中の糖類の濃度は、第２の槽（４２０）内の糖化する材料中の糖類の濃度より低い。使用済みのバイオマス中の抽出可能な糖類の量はバイオマス原料中の抽出可能な糖類の量より少ない。抽出可能な糖類は、結合、捕捉および／または不溶性形態にある可能性のある糖類である。例えば、バイオマスの表面に吸着された、および／またはこれ内に捕捉されたバイオマス中の炭水化物（例えば、単糖類、二糖類、三糖類および／または多糖類）の形態。
【００３１】
第１のセパレータからの液体の全てまたはほんの一部は、第２の糖化槽に送ることができる。第１のセパレータからの固体の全てまたはほんの一部は固体生成物として分配することができ、例えば固体の一部は、第１の糖化槽に送り返すことができる。場合によっては、第１の糖化槽に送り返される部分は、固体生成物として送られる部分よりも大きな平均粒子サイズを有する。第２のセパレータからの固体の全てまたはほんの一部は、第２の糖化槽に送ることができる。場合によっては、第２の糖化槽に送り返される部分は、第１の糖化槽に送られる部分よりも大きな平均粒子サイズを有する。第２のセパレータからの液体の全てまたはほんの一部は、液体生成物として収集することができる。
【００３２】
さらに図４により示されるように、各槽は、２つのセパレータと流体連結される。他の任意的な構成では、各槽は３つ以上のセパレータ（例えば、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６個）と、内向きまたは外向き流体流で流体連結されてもよい。
【００３３】
第２の槽内のバイオマスは典型的には、第２の槽への添加前および／または後に、液体（例えば、水）と合わせられる。例えば、バイオマスは実質的に乾燥バイオマス（例えば、２５ｗｔ％未満の水、１０ｗｔ％未満の水または５ｗｔ％未満の水を含む）であってもよく、これは、槽にコンベヤー（例えば、ベルトまたは振動）、押出機、送風機、ホッパーおよび／または手動で添加される。第２の槽への添加前に、バイオマスが水と合わせられる、またはすでに水を含んでいるオプションでは、バイオマスは第２の槽に、例えばポンプと組み合わされたチューブを使用して、あるいは重力、液体スクリュー押出機または任意の他の有用な手段を使用して送ることができる。追加の水は、必要に応じて、水源、例えばチューブに連結された水槽から、第２または第１の槽に添加することができ、例えば、ポンプまたは重力により、例えば、遠隔でまたは手動で制御されるバルブの制御下、第１の槽、第２の槽、または槽と流体連結された任意の他の機器に送ることができる。固体バイオマスは典型的には、槽内で少なくとも５ｗｔ％のバイオマスを有するように添加される（例えば、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％）。
【００３４】
酵素原料（例えば、セルラーゼ）は第１の槽に、例えば、液体形態で添加される（例えば、水溶液中で溶解および／または懸濁される）。酵素は第１の槽内である濃度、例えば、１グラムの原料あたり少なくともｌｍｇの酵素（例えば、少なくとも５ｍｇ／ｇ、少なくとも１０ｍｇ／ｇ、少なくとも２０ｍｇ／ｇ）を提供するように添加することができる。酵素原料自体は濃縮形態、例えば少なくとも１０ｍｇ／ｍＬ（例えば、少なくとも２０ｍｇ／ｍｌ、少なくとも４０ｍｇ／ｍＬ、少なくとも６０ｍｇ／ｍＬ、少なくとも８０ｍｇ／Ｌ）であってもよい。第１および第２の槽内での酵素活性は、ＦＰアッセイを使用して、約０．１〜１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ（例えば、約０．１−１μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．１−０．８μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．１−０．６μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．１−０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．２−１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．２−１μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．２−０．８μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．２−０．６μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．４−１μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．４−１μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．６−１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、１〜１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ）である（Ｆｉｌｔｅｒ  ｐａｐｅｒ  ａｓｓａｙ，  Ｇｈｏｓｅ，  ＩＵＰＡＣ，  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．  Ｔ．Ｋ．  Ｇｈｏｓｅ；  Ｐｕｒｅ  ＆Ａｐｐｌ．  Ｃｈｅｍ．，  Ｖｏｌ．  ５９，  Ｎｏ．２，  ｐｐ．  ２５７，  １９８７）。第１および第２の槽内での酵素活性は、ＣＢアッセイ（セロビアーゼ活性）を使用して約０．１〜４０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ（例えば０．１−２０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．１−１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、０．１−５μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、１−４０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、１−２０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、１−１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、１−８μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、１−６μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、２−４０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、２−２０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、２−１０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、２−８μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、２−６μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ、６−２０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇ）とすることができる。
【００３５】
プロセスの任意の点で、添加物を添加してもよく、例えば、酸、塩基および緩衝剤を添加してｐＨを制御することができる。界面活性剤を添加して様々な槽および機器内の組成物の粘度、混合および流動性を改変することができる。界面活性剤の例としては、非イオン性界面活性剤、例えばＴｗｅｅｎ（登録商標）２０またはＴｗｅｅｎ（登録商標）８０ポリエチレングリコール界面活性剤、イオン性界面活性剤、または両性界面活性剤が挙げられる。他の好適な界面活性剤としては、オクチルフェノールエトキシレート、例えばＴＲＩＴＯＮ（商標）Ｘシリーズ非イオン性界面活性剤（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから市販）が挙げられる。界面活性剤はまた、溶液、特に高濃度溶液中で生成される糖を維持するために添加することができる。任意で、抗菌添加物、例えば、広域抗生物質、低濃度、例えば、５０〜１５０ｐｐｍ。他の好適な抗生物質としては、アンホテリシンＢ、アンピシリン、クロラムフェニコール、シプロフロキサシン、ゲンタマイシン、ハイグロマイシンＢ、カナマイシン、ネオマイシン、ペニシリン、ピューロマイシン、ストレプトマイシンが挙げられる。抗生物質は糖化または輸送および貯蔵中の微生物の増殖を阻害し、適切な濃度、例えば、１５〜１０００ｐｐｍ、例えば、２５〜５００ｐｐｍ、または５０〜１５０ｐｐｍで使用することができる。加えて、化学滅菌剤は、プロセス中の微生物増殖を制御するために添加することができ、空気、窒素、アルゴン、二酸化炭素、亜酸化窒素、塩素、酸素、オゾンなどのガスは、液体溶液を通してバブリングさせる、または糖化槽をブランケッティングすることにより添加することができ、グルコースイソメラーゼは、セルラーゼの阻害を低減するために添加することができる。任意で、ｐＨはｐＨ２〜ｐＨ８（例えば、ｐＨ３〜ｐＨ６、ｐＨ３．５〜ｐＨ４．５）で維持される。
【００３６】
本明細書で記載されるプロセスのいずれか中のバイオマスの糖化中の温度は、例えば、３０℃〜９０℃とすることができる。いくつかの実施形態では、温度は好ましくは約４０℃〜約６０℃（例えば、約４５℃〜約５５℃）である。いくつかの実施形態では、プロセス中の糖化するバイオマスの温度は約４０℃超（例えば、約４５℃超、約５０℃超、約５５℃超、約６０℃超、約６５℃超）である。いくつかの実施形態では、温度は好ましくは約５０〜約９０℃（例えば、約６０〜約８０℃、約６５〜約７５℃）である。温度の選択は、例えば、使用される酵素の種類に依存し得る。より高い温度は外来生物からの汚染リスクを緩和するのに有利である可能性があり、また、いくつかの加工処理利点を提供することができる（例えば、より低い粘度、より高い可能濃度の反応物および生成物、ならびにより高い反応速度）。より高い温度に関する不利は、加熱のコストおよび糖化剤（例えば、酵素）の不安定性を含み得る。
【００３７】
糖化するバイオマスの温度およびｐＨは、機器の異なる部分、例えば槽またはセパレータにおいて同じか、または異なってもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、液体生成物は約１〜約２０槽体積／日／日（例えば、約２〜約１６槽／日、約４〜約１２槽／日）の速度で生成される。槽体積はプロセス中に使用される槽全てに存在する液体の総量を示す。
【００３９】
プロセスは、第１の槽から、第１のセパレータを通って、第２の槽へ、第２のセパレータを通って、第１の槽までの大体一定流量の材料、および酵素原料およびバイオマス原料の大体一定の添加を用い、連続様式で動作させることができる。よって、連続様式で使用される場合、槽内の液体−バイオマススラリーの体積は大体一定のままである。１つの実施形態では、以上で記載される材料の流量は、バイオマスから利用可能な糖類の少なくとも５０％を抽出するように維持される（例えば、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％またはさらには少なくとも９０ｗｔ％）。任意で、以上で記載される流量は、少なくとも５ｗｔ％の糖類を有する液体生成物を生成するように維持される（例えば、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％）。いくつかの実施形態では、材料の流量は、固体生成物を生成するように維持され、この場合、抽出可能な糖類（例えば炭水化物）の最大５０％までがバイオマスから除去される（最大６０ｗｔ％まで、最大７０ｗｔ％まで、最大８０ｗｔ％まで、最大９０ｗｔ％までまたはさらには最大１００ｗｔ％まで）。プロセスは少なくとも部分的に非連続様式で（例えば、半連続またはさらにはバッチモードで）動作させることができる。例えば、第１の槽（４１０）は、糖化プロセス中いつでも、かつ何回でも好きなだけ、部分的にまたは完全に、第１のセパレータ（４３０）に対して空にすることができ、例えば、加工処理が最適化される。
【００４０】
非連続動作の一例では、第１の槽（４１０）の内容物の少なくとも１０ｖｏｌ％、例えば、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％、または少なくとも９０ｖｏｌ％は、糖化が完了する（または少なくとも２０％完了する、少なくとも４０％完了する、少なくとも６０％完了する、少なくとも８０％完了する）と第１のセパレータ（４３０）に送られる。糖化は、さらに８時間以上の糖化で１０％を超えるさらなる糖類が得られない点で完了したと考えられる。例えば、第１の槽内での糖化で１０ｗｔ％の糖類が得られる場合（約ｌ００ｇ／Ｌ）、８時間以上のさらなる時間の間の糖化（例えば、同じ、等価または同様の条件を用いる）で、１ｗｔ％（１０ｇ／Ｌ）を超えるさらなる糖類が得られないと、完了したと考えられる。以上で記載される糖化材料のいくらかが、第１のセパレータ（４３０）に送られるとすぐに、第２のセパレータ（４４０）からの固体、酵素原料（４６０）および液体（例えば水）が第１の槽（４１０）に添加され、第１の槽（４１０）内の元の体積に大体等しい、それ未満、またはそれを超える体積、例えば、槽の最大１５０ｖｏｌ％まで、最大１２０ｖｏｌ％まで、最大１００ｖｏｌ％まで、または少なくとも９０ｖｏｌ％少なくとも８０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％または少なくとも１０ｖｏｌ％を提供することができる。第２のセパレータ（４４０）からの固体の全てまたはほんの一部は、第１の槽（４２０）に送ることができ、例えば少なくとも９０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％または少なくとも１０ｖｏｌ％である。
【００４１】
非連続動作の別の例として、第２の槽（４２０）は、糖化プロセス中いつでも、かつ何回でも好きなだけ、部分的にまたは完全に空にして、第２のセパレータ（４４０）に送ることができる。例えば、第２の槽の内容物の少なくとも１０ｖｏｌ％、例えば、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％、または少なくとも９０ｖｏｌ％は、糖化が完了する（または少なくとも２０％完了する、少なくとも４０％完了する、少なくとも６０％完了する、少なくとも８０％完了する）と、第２のセパレータ（４４０）に送られ得る。以上で記載される糖化材料のいくらかが第２のセパレータ（４４０）に送られるとすぐに、第１のセパレータ（４３０）からの液体、バイオマス（４５０）および追加の液体（例えば、水）が第２の槽（４２０）に添加され、槽内の元の体積に大体等しい、それ未満、またはそれを超える体積、例えば、槽の最大１５０ｖｏｌ％まで、最大１２０ｖｏｌ％まで、最大１００ｖｏｌ％まで、または少なくとも９０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％または少なくとも１０ｖｏｌ％を提供することができる。第１のセパレータ（４３０）からの液体の全てまたはほんの一部は第２の槽（４２０）に送ることができ、例えば少なくとも９０ｗｔ％、例えば、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％または少なくとも１０ｗｔ％である。
【００４２】
本明細書で記載される方法およびシステムで使用されるセパレータは糖化槽から少なくとも２つのストリームを提供するための任意の有用なセパレータとすることができる。例えば、セパレータは、遠心分離機、濾過装置（例えば、重力、真空、フィルタプレス、フィルタバッグ、多孔性容器）および沈降槽の任意の１つ以上とすることができる。加えて、例えば、セパレータは、多孔性材料、メッシュ、ストレーナー、振動スクリーナー、有孔板またはシリンダ、ストレーナー、ふるい分け装置を含んでもよく、１／２インチ〜１／２５６インチ、例えば、約１／４インチ〜１／６４インチ、約０．７９ｍｍ未満（１／３２インチ、０．０３１２５インチ）、例えば、約０．４０ｍｍ未満（１／６４インチ、０．０１５６２５インチ）、約０．２０ｍｍ未満（１／１２８インチ、０．００７８１２５インチ）、またはさらには約０．１０ｍｍ未満（１／２５６インチ、０．００３９０６２５インチ）の平均開口サイズを有し得る。上記で列挙されるセパレータの任意の組み合わせが使用され得る。いくつかの実施形態では、セパレータは、１つ以上のスクリーンを有する振動スクリーナーである。セパレータは、セパレータに供給する槽内の材料の固体濃度よりも高い濃度の固体を有する１つ以上の固体ストリーム、ならびに、セパレータに供給する槽内の材料中の固体の濃度より低い固体濃度を有する１つ以上の液体ストリームを生成する。例えば、固体ストリームは少なくとも１０ｗｔ％固体、例えば、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、または少なくとも９５ｗｔ％である。例えば、液体ストリームは１ｗｔ％以下の固体、例えば、５ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、２０ｗｔ％以下、３０ｗｔ％以下、４０ｗｔ％以下、７０ｗｔ％以下、８０ｗｔ％以下、９０ｗｔ％以下、または９５ｗｔ％以下である。
【００４３】
使用される槽は任意の有用な構成およびサイズとすることができる。例えば、槽は一般に１００Ｌより大きい（例えば、４００Ｌ、４０，０００Ｌ、または５００，０００Ｌ）。プロセスの温度は、例えば、温度制御ジャケットおよび／または槽およびチュービング上の絶縁により制御することができる。
【００４４】
槽内容物は、例えば、２０１１年５月１８日に出願された米国特許出願第１２／７８２，６９４号、２０１１年１１月１０日に出願された１３／２９３，９８５号および２０１１年１１月１０日に出願された１３／２９３、９７７号に記載されるようにジェット混合を用いて混合されることが一般に好ましく；これらの全開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。例えば、いくつかの実行では、１つのジェットミキサーが使用される。他の実行では２つ以上のジェットミキサーが容器内に配置され、１つ以上が流体を上方に噴流させるように構成され（「アップポンプ」）、１つ以上が流体を下方に噴流させるように構成される（「ダウンポンプ」）。場合によっては、アップポンピングミキサはダウンポンピングミキサに隣接して配置され、ミキサにより生成される乱流が増強される。所望であれば、１つ以上のミキサは、加工処理中、上昇流と下降流の間で切り換えてもよい。液体培地中での原料の初期分散中、特に、原料が液体の表面上に放出、または吹きつけられる場合、アップポンピングは表面で著しい乱流を生成させるので、全てまたはほとんどのミキサをアップポンピングモードに切り換えることが有利である可能性がある。
【００４５】
固体原料（４１０）は１つ以上の多孔性容器、例えば、バッグまたはメッシュもしくは他の多孔性材料で作られた他の構造に配置することができる。例えば、バイオマス原料は、２０１２年１２月２０日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ１２／７１０９２号（その全開示内容は本明細書で参照により組み込まれる）に記載されるキャリヤ内に配置することができる。任意で、バイオマスを含む容器は、第１の糖化槽（４２０）から、その後、第２の糖化槽（４１０）に移動させることができ、最後に除去され、加工処理中に容器内の使用済み材料が提供される。この場合、容器はセパレータである。
【００４６】
液体生成物（４８０）および固体生成物（４７０）は、さらに加工処理することができ、例えば、以下で記載されるように、中間体および生成物が製造され得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では３つ以上の槽を使用することができる。例えば、図６は一実施形態を示し、この場合、４つ以上の糖化槽またはセパレータを使用してバイオマス（例えば、セルロースまたはリグノセルロース材料）を糖化するためのプロセスが使用される。槽およびセパレータの機能は前に記載したものと同じである。よって、第１の糖化槽（５１０）、第２の糖化槽（５２０）、第３の糖化槽（５３０）および任意でより多くの糖化槽（例えば、最大Ｎ個までの槽（５４０）、ここでＮは少なくとも４とすることができる）が第１のセパレータ（５５０）、第２のセパレータ（５６０）、第３のセパレータ（５７０）および任意でより多くのセパレータ（例えば、最大Ｎ個までのセパレータ（５８０）、ここでＮは少なくとも４とすることができる）を通して流体連結される。バイオマス原料（５８０）はＮ番目の槽（５４０）に添加することができ、酵素原料（５９０）は第１の槽（５１０）に添加することができる。液体生成物（５９２）はＮ番目のセパレータの出力から提供され、固体生成物（５９４）は、第１のセパレータ（５５０）の出力から提供される。３つ以上の糖化槽を使用すると、スループット、糖化効率、機器コストおよびプロセス安定性に関し、２つの槽システムを超える追加の利点が提供され得る。
【００４８】
図６は、２つの糖化槽および２つのセパレータを使用する発明の特定の実施形態を示す。第１の槽（６１０）および第２の槽（６１２）は、２つの混合モーター（６１４）が取り付けられており、これらは、ミキサ、例えばジェットミキサー、羽根車およびプロペラに、シャフトを介して取り外し可能に取り付けることができ、モーターから混合ヘッド（図示せず）への機械的連絡が提供される。槽はまた、水などの流動流体を介する温度制御のためのハーフパイプジャケット（６１６）を有する。バイオマスは空気により、送風機を使用して、バグハウス（６１８）を通して第１の槽まで、矢印Ｆにより示される方向で搬送される。バグハウスの拡大図、図６Ａに示されるように、バグハウスは、バイオマスおよび空気のための入口（６１５）、ならびに空気およびいくらかのバイオマス微粒子のための出口（６１７）を有する。バイオマスは、第１の槽（６１０）に、バグハウスを槽ポート開口に連結させるチューブを通して入る。液体は、第２の槽（６１２）から、第１の振動スクリーナー（６２０）を通して一定の速度で供給され、その間、液体−バイオマススラリーが同等の速度で、第１の槽の側面でチューブ（６２２）に連結された開口を通して除去される。スラリーを除去するための開口は槽壁上の異なる位置に配置することができ、その位置は、プロセス制御を助けることができる。というのも、より大きな、より低く糖化されたバイオマスは、槽内でより低く沈む傾向があり、一方、より高く糖化されたより小さな粒子は、昇る傾向があり、槽内でより均質に分散されるからである。スラリーを除去するためのチューブは、例えば上面から槽内に延在することさえでき、そのため、スラリーを除去するための開口は、槽内の任意の位置に存在することができる（例えば、垂直におよび水平に配置される）。スラリーは第１の槽からポンプ（６２４）を使用して引き出され、矢印Ｇにより示される方向で、第２の振動スクリーナー（６２６）に送られる。第２の振動スクリーナーは、バイオマス−液体スラリーからの固体をチューブまで送り、これは、固体を、第２の槽まで矢印Ｈの方向で向かわせ、一方、液体生成物は、矢印Ｉの方向で第２の振動スクリーナーに通過させられ、収集され、またはさらなる加工処理のために直接送られる。酵素および水は第２の槽に、槽の上部で開口に取り付けられた２つのチューブを通して添加され、それぞれ、矢印ＪおよびＫの方向で流れる。第２の槽（６１２）からの液体−スラリーバイオマスは流体（酵素／水）の添加と同等の速度で除去される。液体−スラリーバイオマスは、第２の槽（６１２）の側面に配置された、チューブに連結された開口を通して除去される。この開口は、槽の側面のどこにでも配置することができ、例えば、第１の槽（６１０）に対して前に記載したように、チューブを介して槽内に延在することができる。スラリーは第２の槽から、チューブ（６３２）に連結された開口を通して、ポンプ（６２８）を使用して引き出され、矢印Ｌにより示される方向で流れて、第１の振動スクリーナー（６２０）に搬送される。第１の振動スクリーナーは、矢印Ｍ、ＮおよびＯにより示される方向で流れる３つの出力ストリームを生成させる。矢印Ｍにより示される方向で流れる、第１のストリームは、さらなる糖化のために第２の槽に送り返される、大きな粒子サイズを有する第１の固体である。矢印Ｎにより示される方向で流れる、第２のストリームは、より小さな粒子サイズを有する第２の固体であり、これは、収集され、および／またはエネルギー生成のために使用される（例えばコジェネレーション）。矢印Ｏにより示される方向で流れる、第３のストリームは液体ストリームであり、これは、第１の槽（６１０）に送られる。第１および第２の振動スクリーナーへの連結は、フレキシブルチュービング（６３０）を用いてなされる。というのは、スクリーナーは、動作中振動する必要があるからである。振動スクリーナーのための支持構造（図示せず）もまたフレキシブルである。スクリーンの動作は以下で記載する。
【００４９】
図６Ｂは、第１の振動スクリーナー（６２０）の切り欠きを示す。バイオマス−液体スラリー（６５０）は矢印Ｌで示される方向で流れ、スクリーナーに、スクリーナーの上部に配置された侵入ポートを通じて入る。スラリーからの大きな粒子は、第１のスクリーン（６５２）を通過することができず、スクリーナー（６５４）の側面の放出ポートに移動し、その後、このストリーム、矢印Ｍにより示される流れ方向、は第２の槽（６１２）に送り返される。スラリーからのより小さな粒子は第１のスクリーン（６５２）を通過するが、第２のスクリーン（６５６）（第１のスクリーンよりも小さなメッシュサイズを有する）を通過することができない。より小さな粒子（６５８）はよって、スクリーナーの側面の放出ポートに移動し、固体生成物としてシステムから除去され、矢印Ｎにより示される方向で流れる。最も小さな粒子（６５９）およびほとんどの流体は、第２のスクリーン（６５６）を通過し、第１の槽に送られ、矢印Ｏの方向で流れる。図６Ｃに示されるように、第２の振動スクリーナー（６３０）は、唯一のスクリーンを有し、矢印Ｇの方向で流れる入力スラリー（６４０）を分離し、矢印Ｈの方向で流れる液体生成物（６４２）および矢印Ｉの方向で流れる固体ストリーム（６４４）にする。
【００５０】
糖化プロセスは、部分的にまたは完全に製造プラントにおいて実施することができ、および／または、部分的にまたは完全に、輸送中、例えば、鉄道車両、タンカートラック、または超大型タンカーもしくは船倉において実施することができる。
【００５１】
図７は発明の他の実施形態を示す流れ図である。実施形態は非連続様式でのバイオマスを糖化するための方法である。第１のバイオマスおよび第１の酵素溶液が、槽内で合わされ、第１の糖化が起こる。所望の程度の糖化が起きた後、バイオマス（バイオマス２）および酵素および糖類（酵素および糖類１）が、例えば、セパレータ、例えば本明細書で記載されるものを用いて分離される。酵素および糖溶液１はその後加工処理することができ、生成物、例えば、糖とされ、その後、任意で他の生成物例えば、アルコールとされる。酵素および糖溶液１はまた、さらなるバイオマス（例えば、バイオマス３）と合わせることができ、バイオマスは糖化され（糖化３）、任意でこの場合、さらなる新たな酵素が添加される。バイオマス２は新たな酵素溶液（酵素溶液２）と合わせることができ、第２の糖化（糖化２）を起こすことができる。糖化２を所望の程度までを進ませた後、バイオマス（バイオマス４）は、酵素および糖（酵素および糖類溶液２）から分離することができる。酵素および糖類溶液２はその後加工処理することができ、生成物が得られる。
【００５２】
図８はバイオマスの非連続糖化のための発明の一実施形態を示す。最初の工程（８１０）で、バイオマスおよび糖化剤（例えば、任意の組み合わせおよび／または添加順のセルロース分解酵素および／または酸）が、槽内で合わされる。第２の工程（８２０）で、バイオマスは槽内で糖化される（または、任意で別の槽に移される）。糖化槽内では、混合物は（例えば、ハーフパイプジャケットなどの加熱ジャケットを使用することにより）加熱し、混合することができる。例えば、混合は、前に記載される１つ以上のジェットミキサーを使用して実施することができる。糖化は、当分続けることができる（例えば、少なくとも１時間、少なくとも４時間、少なくとも８時間、少なくとも１日、少なくとも２日、約８時間〜約４８時間、約８時間〜２４時間）。糖化は、バイオマス中の利用可能な糖類の少なくとも約４０パーセント〜約１００パーセント（例えば、約５０〜約９５パーセント、約５０〜約９０パーセント、約５０〜約８５パーセント、約５０〜約８０パーセント）を糖化することができる。その後の工程（８３０）で、糖化を中止することができる。例えば、混合および／または加熱を中止することにより、糖化を中止することができる。任意で混合物は、糖化を停止する前に、別の槽に移すことができる。任意で、糖化は数回、停止および再開することができる。糖化を停止した後、固体および液体が分離される（８４０）。例えば、固体は、沈降させることができ（例えば、重力により）、液体（例えば、糖類、酵素、塩、懸濁粒子、例えば微粒子、および可溶性化合物を含む）は固体からデカントすることができる。固体は、糖化されていない、いくらかの利用可能な糖類を有することができる（例えば、セルロース、リグノセルロース、ヘミセルロース材料の形態）。例えば、固体は、約６０〜約０パーセントの糖類（例えば、約４０〜約１パーセント、約２０〜約１パーセント、約２０〜約５パーセント、約１０〜約５パーセント）を有することができる。工程（８５０）では、糖化固体は、糖化剤（例えば、新たな糖化剤、使用した最初の薬剤とは異なる糖化剤、第１の糖化で使用したものと同じ種類の糖化剤および／または再利用糖化剤）と合わせることができる。糖化固体はその後、例えば、前に記載される混合および／または加熱により糖化することができる（経路Ａ）。この第２の糖化は糖化固体からの利用可能な糖類の約１００％を糖化することができる（例えば、少なくとも５０、少なくとも６０、少なくとも７０、少なくとも８０、少なくとも９０、約８０〜１００パーセント）。任意で、固体は第２の糖化から沈降させることができ、３、４回以上糖化することができる。例えば、実質的に全ての利用可能な糖類が糖化されるまで（例えば、利用可能な糖類の約９０〜約１００パーセント）である。
【００５３】
図９はバイオマスの非連続糖化のための別の実施形態を示す。工程（９１０）および（９２０）は図８で記載される工程（８１０）および（８２０）と同様とすることができる。糖化バイオマスはその後、工程（９４０）のセパレータに送ることができる。例えば、（任意の組み合わせ順序で）本明細書で記載されるセパレータのいずれも使用することができる。１つの好ましい分離法は、少なくとも１つの連続遠心分離機を使用することである。固体はその後、例えば糖化固体を糖化剤と合わせる、工程（９５０）、および混合物を糖化する、経路Ｂにより；例えば、図８における工程（８５０）および経路Ａに対して記載されるのと同様に、２回目の糖化を受けることができる。
【００５４】
原料の物理的処理
物理的調製
場合によっては、方法は、物理的調製、例えば、切断、グライディング、せん断、微粉化または細断による、例えば、材料のサイズ低減を含み得る。例えば、材料は最初に、本明細書で記載される方法、例えば放射線、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発の１つ以上を使用して、前処理または加工処理することができ、その後、サイズ低減され、またはさらにサイズ低減され得る。他の場合には、最初に処理し、その後サイズ低減させることは有利となり得る。スクリーンおよび／または磁石を使用して、大きすぎるまたは望ましくない物体、例として、例えば、供給ストリームからの岩またはくぎ状の物を除去することができる。場合によっては、例えば、バイオマスの初期不応性が低く、ウェットミリングが不応性を低減させる、例えば、さらなる加工処理、例えば、糖化のための材料を調製するのに十分有効である場合、前処理は必要ない。
【００５５】
供給物調製システムは、特定の特性、例えば、例として、特定の最大サイズ、特定の長さ対幅、または特定の表面積比を有するストリームを生成するように構成することができる。物理的調製は、材料を解放し、プロセスおよび／または試薬、例えば溶液中の試薬によりアクセスしやすくすることにより、反応速度を増加させ、または必要とされる加工処理時間を低減させることができる。原料の嵩密度は制御することができる（例えば、増加させる）。場合によっては、例えば、材料を高密度化し（例えば、高密度化は、別の場所に輸送するのをより容易にし、よりコストを低くすることができる）、その後、材料をより低い嵩密度状態に戻すことにより、低嵩密度材料を調製することが望ましい可能性がある。材料は、例えば０．２ｇ／ｃｃ未満から０．９ｇ／ｃｃ超まで高密度化することができる（例えば、０．３未満から０．５ｇ／ｃｃ超まで、０．３未満から０．９ｇ／ｃｃ超まで、０．５未満から０．９ｇ／ｃｃ超まで、０．３未満から０．８ｇ／ｃｃ超まで、０．２未満から０．５ｇ／ｃｃ超まで）。例えば、材料はＵ．Ｓ７，９３２，０６５号およびＷＯ２００８／０７３１８６号（その全開示は本明細書で参照により組み込まれる）で開示される方法および機器により高密度化することができる。高密度化された材料は、本明細書で記載される方法のいずれかにより加工処理することができ、または本明細書で記載される方法のいずれかにより加工処理されたいずれの材料もその後、高密度化することができる。
【００５６】
サイズ低減
いくつかの実施形態では、加工処理される材料は、繊維源をせん断することにより提供される繊維を含む繊維性材料の形態である。例えば、せん断は、ロータリーナイフカッターを用いて実施することができる。
【００５７】
例として、例えば、不応性である、またはその不応性レベルが低減された繊維源は、例えば、ロータリーナイフカッターにおいてせん断することができ、第１の繊維性材料が提供される。第１の繊維性材料は、例えば、１．５９ｍｍ以下（１／１６インチ、０．０６２５インチ）の平均開口サイズを有する第１のスクリーンを通過し、第２の繊維性材料を提供する。所望であれば、繊維源は、例えば、シュレッダーを用いて、せん断前に切断することができる。例えば、紙が繊維源として使用される場合、紙は最初に、シュレッダー、例えば、逆回転スクリューシュレッダー、例えばＭｕｎｓｏｎにより製造されるもの（Ｕｔｉｃａ、Ｎ．Ｙ．）を使用して切断して、例えば、１／４〜１／２インチ幅であるストリップにすることができる。シュレッディングの代わりとして、紙は、ギロチンカッターを使用して、所望のサイズに切断することにより、サイズを低減させることができる。例えば、ギロチンカッターを使用して、紙を切断し、例えば、１０インチ幅×１２インチ長であるシートにすることができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、繊維源のせん断および得られた第１の繊維性材料の第１のスクリーンへの通過は同時に実施される。せん断および通過はまた、バッチ型プロセスで実施することができる。
【００５９】
例えば、ロータリーナイフカッターを使用して、同時に、繊維源をせん断し、第１の繊維性材料をスクリーニングすることができる。ロータリーナイフカッターは、ホッパーを含み、これに繊維源をシュレッディングすることにより調製された、シュレッディングされた繊維源をロードすることができる。
【００６０】
いくつかの実行では、原料は糖化および／または発酵前に物理的に処理される。物理的処理プロセスは、本明細書で記載されるもの、例えば機械的処理、化学的処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発のいずれかの１つ以上を含むことができる。処理方法は、これらの技術の、２つ、３つ、４つまたはさらには全ての組み合わせ（任意の順序）で使用することができる。１を超える処理方法が使用される場合、方法は同時に、または異なる時間に適用することができる。バイオマス原料の分子構造を変化させる他のプロセスもまた、単独で、または本明細書で開示されるプロセスと組み合わせて使用することができる。
【００６１】
機械的処理
場合によっては、方法はバイオマス原料を機械的に処理することを含むことができる。機械的処理としては、例えば、切断、ミリング、加圧、グライディング、せん断および細断が挙げられる。ミリングは、例えば、ボールミリング、ハンマーミリング、ローター／ステータードライまたはウェットミリング、フリーザーミリング、ブレードミリング、ナイフミリング、ディスクミリング、ローラーミリングまたは他の型のミリングを含み得る。他の機械的処理としては、例えば、ストーングライディング、クラッキング、メカニカルリッピングまたはテアリング、ピングライディングまたはエアーアトリションミリングが挙げられる。
【００６２】
機械的処理はセルロースまたはリグノセルロース材料を「解放し」、「応力をかけ」、破壊し、および粉々にする、材料のセルロースを、鎖切断および／または結晶化度の低減を受けやすくするのに有利であり得る。穴が開いた材料はまた、照射した時に、より酸化を受けやすい。
【００６３】
場合によっては、機械的処理は受理した原料の初期調製、例えば、例として切断、グライディング、せん断、微粉化または細断による材料のサイズ低減を含み得る。例えば、場合によっては、緩い原料（例えば、再生紙、澱粉質材料、またはスイッチグラス）はせん断またはシュレッディングにより調製される。
【００６４】
その代わりに、または加えて、原料材料は最初に、他の物理的処理方法、例えば、化学的処理、放射線、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発の１つ以上により物理的に処理し、その後、機械的に処理することができる。この順序は有利であり得る。というのも、他の処理、例えば、照射または熱分解の１つ以上により処理された材料は、より脆性となる傾向があり、よって、機械的処理により材料の分子構造をさらに変化させるのがより容易になり得るからである。
【００６５】
いくつかの実施形態では、原料材料は、繊維性材料の形態であり、機械的処理は繊維性材料の繊維を露出させるためのせん断を含む。せん断は、例えば、ロータリーナイフカッターを使用して実施することができる。原料を機械的に処理する他の方法としては、例えば、ミリングまたはグライディングが挙げられる。ミリングは、例えば、ハンマーミル、ボールミル、コロイドミル、コニカルまたはコーンミル、ディスクミル、エッジミル、Ｗｉｌｅｙミルまたはグリストミルを使用して実施され得る。グライディングは、例えば、ストーングラインダー、ピングラインダー、コーヒーグラインダー、またはバーグラインダーを使用して実施され得る。グライディングは、例えば、ピンミルの場合のように、ピンまたは他の要素を往復運動させることにより提供され得る。他の機械的処理方法はメカニカルリッピングまたはテアリング、材料に圧力を適用する他の方法、およびエアーアトリションミリングを含む。好適な機械的処理はさらに原料の分子構造を変化させる任意の他の技術を含む。
【００６６】
所望であれば、機械的に処理された材料は、例えば、１．５９ｍｍ以下（１／１６インチ、０．０６２５インチ）の平均開口サイズを有するスクリーンを通過させることができる。いくつかの実施形態では、せん断、または他の機械的処理、およびスクリーニングは同時に実施される。例えば、ロータリーナイフカッターを同時に使用して、原料をせん断およびスクリーニングすることができる。原料は固定ブレードと回転ブレードの間でせん断され、スクリーンを通過するせん断材料が提供され、大型箱に捕捉される。
【００６７】
セルロースまたはリグノセルロース材料は、乾燥状態（例えば、その表面上に自由水をほとんど、または全く有さない）、水和状態（例えば、最大１０重量パーセントまでの吸収された水を有する）、または湿潤状態、例えば、約１０重量パーセント〜約７５重量パーセントの水を有する、で機械的に処理することができる。繊維源はさらに、部分的に、または完全に、液体、例えば水、エタノールまたはイソプロパノール下に沈めながら機械的に処理することができる。
【００６８】
繊維セルロースまたはリグノセルロース材料はまた、ガス（例えば、空気以外のガスのストリームまたは雰囲気）、例えば、酸素または窒素、あるいは水蒸気下で機械的に処理することができる。
【００６９】
所望であれば、リグニンがリグニンを含む繊維性材料のいずれかから除去され得る。また、セルロースを含む材料の分解を助けるために、材料は、機械的処理または照射前または中に、熱、化学薬品（例えば、鉱酸、塩基または強酸化性物質、例えば次亜塩素酸ナトリウム）および／または酵素で処理することができる。例えば、グライディングは酸の存在下で実施することができる。
【００７０】
機械的処理システムは、特定の形態特性、例えば、例として、表面積、多孔度、嵩密度、および、繊維性原料の場合、繊維特性、例えば長さ対幅比を有するストリームを生成するように構成することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、機械的に処理された材料のＢＥＴ表面積は０．１ｍ２／ｇ超、例えば、０．２５ｍ２／ｇ超、０．５ｍ２／ｇ超、１．０ｍ２／ｇ超、１．５ｍ２／ｇ超、１．７５ｍ２／ｇ超、５．０ｍ２／ｇ超、１０ｍ２／ｇ超、２５ｍ２／ｇ超、３５ｍ２／ｇ超、５０ｍ２／ｇ超、６０ｍ２／ｇ超、７５ｍ２／ｇ超、１００ｍ２／ｇ超、１５０ｍ２／ｇ超、２００ｍ２／ｇ超、またはさらには２５０ｍ２／ｇ超である。
【００７２】
機械的に処理された材料の多孔度は、例えば、２０パーセント超、２５パーセント超、３５パーセント超、５０パーセント超、６０パーセント超、７０パーセント超、８０パーセント超、８５パーセント超、９０パーセント超、９２パーセント超、９４パーセント超、９５パーセント超、９７．５パーセント超、９９パーセント超、またはさらには９９．５パーセント超とすることができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、機械的処理後、材料は、０．２５ｇ／ｃｍ３未満、例えば、０．２０ｇ／ｃｍ３、０．１５ｇ／ｃｍ３、０．１０ｇ／ｃｍ３、０．０５ｇ／ｃｍ３以下、例えば、０．０２５ｇ／ｃｍ３の嵩密度を有する。嵩密度は、ＡＳＴＭＤ１８９５Ｂを使用して決定される。簡単に言うと、方法はわかっている体積のメスシリンダーを試料で充填すること、および試料の重量を取得することを含む。嵩密度は、グラムで表された試料の重量を立方センチメートルで表されたシリンダのわかっている体積で割ることにより計算される。
【００７４】
原料が繊維性材料である場合、繊維性材料、機械的に処理された材料の繊維は、２回以上せん断されたとしても、比較的大きな平均長対直径比（例えば、２０対ｌを超える）を有することができる。加えて、本明細書で記載される繊維性材料の繊維は、比較的狭い長さおよび／または長さ対直径比分布を有し得る。
【００７５】
本明細書では、平均繊維幅（例えば、直径）は、およそ５，０００の繊維をランダムに選択することにより光学的に決定されたものである。平均繊維長は、較正された長さ−加重長さである。ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、ＥｍｍｅｔおよびＴｅｌｌｅｒ）表面積は、多点表面積であり、多孔度は、水銀ポロシメトリーにより決定されたものである。
【００７６】
第２の原料が繊維性材料１４である場合、機械的に処理された材料の繊維の平均長対直径比は、例えば８／１超、例えば、１０／１超、１５／１超、２０／１超、２５／１超、または５０／１超とすることができる。機械的に処理された材料１４の平均繊維長は、例えば、約０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、例えば、約０．７５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができ、第２の繊維性材料１４の平均幅（例えば、直径）は、例えば、約５μｍ〜５０μｍ、例えば、約１０μｍ〜３０μｍとすることができる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、原料が繊維性材料である場合、機械的に処理された材料の繊維長の標準偏差は機械的に処理された材料の平均繊維長の６０パーセント未満、例えば、平均長の５０パーセント未満、平均長の４０パーセント未満、平均長の２５パーセント未満、平均長の１０パーセント未満、平均長の５パーセント未満、またはさらには平均長の１パーセント未満とすることができる。
【００７８】
バイオマス原料のウェットミリングもまた、２０１１年１１月、１０日に出願された米国特許出願第１３／２９３，９７７号（その全開示内容は本明細書で参照により組み込まれる）に記載されるように使用することができる。例えば、ローター／ステーターを使用するウェットミリングヘッドを、本明細書で記載される糖化プロセス前に使用することができる。あるいは、ウェットミリングは糖化プロセス中に実施することができる。ジェットミリング、ウェットミリングおよび本明細書で記載される糖化のためのプロセスを含むシステムおよび方法もまた使用することができる。
【００７９】
可溶化し、不応性を低減し、または官能化するための処理
物理的に調製された、または調製されていない材料は、本明細書で記載される任意の生成プロセスで使用するために処理することができる。以下で記載される生成プロセスの１つ以上が以上で記載される不応性低減動作ユニットに含められ得る。その代わりに、または加えて、不応性を低減させるための他のプロセスが含められ得る。
【００８０】
不応性低減動作ユニットにより使用される処理プロセスは、照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発の１つ以上を含むことができる。処理方法はこれらの技術の、２つ、３つ、４つまたはさらには全ての組み合わせ（任意の順序）で使用することができる。
【００８１】
放射線処理
１つ以上の放射線加工処理シーケンスを使用して、原料由来の材料を加工処理する、および原料から有用な物質を抽出するための多種多様の異なる起源を提供する、およびさらなる加工処理工程および／またはシーケンスへの入力として機能する部分的に分解され、構造的に改変された材料を提供することができる。照射は、例えば、原料の分子量および／または結晶化度を低減させることができる。放射線はまた、材料、または材料をバイオプロセス処理するのに必要とされる任意の培地を滅菌することができる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、電子をその原子軌道から放出する材料中に付与されたエネルギーを使用して、材料に照射する。放射線は、（１）重荷電粒子、例えばα粒子またはプロトン、（２）例えば、β崩壊または電子ビーム加速器において生成される電子、あるいは（３）電磁放射線、例えば、γ線、Ｘ線、または紫外線により提供され得る。１つのアプローチでは、放射性物質により生成される放射線を使用して、原料に照射することができる。いくつかの実施形態では、（１）から（３）の任意の順序または同時での任意の組み合わせが使用され得る。別のアプローチでは、電磁放射線（例えば、電子ビームエミッタを使用して生成される）を使用して、原料に照射することができる。適用される線量は、所望の効果および特定の原料に依存する。
【００８３】
場合によっては、鎖切断が望ましい、および／またはポリマ鎖官能化が望ましい時には、電子より重い粒子、例えばプロトン、ヘリウム核、アルゴンイオン、ケイ素イオン、ネオンイオン、炭素イオン、リンイオン、酸素イオンまたは窒素イオンを使用することができる。開環鎖切断が望ましい場合、正電荷を持つ粒子は、増強された開環鎖切断のためにそれらのＬｅｗｉｓ酸特性のために使用することができる。例えば、最大酸化が望ましい場合、酸素イオンを使用することができ、最大ニトロ化が望ましい場合、窒素イオンを使用することができる。重粒子および正電荷を持つ粒子の使用はＵ．Ｓ．７，９３１，７８４号（その全開示内容は本明細書で参照により組み込まれる）において記載される。
【００８４】
１つの方法では、第１の数平均分子量（ＭＮ１）を有するセルロースである、またはこれを含む第１の材料は、例えば、電離放射線（例えば、γ放射線、Ｘ線放射線、１００ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外（ＵＶ）光、電子または他の荷電粒子のビームの形態）を用いた処理により照射され、第１の数平均分子量より低い第２の数平均分子量（ＭＮ２）を有するセルロースを含む第２の材料が提供される。第２の材料（または第１および第２の材料）は、第２のおよび／または第１の材料またはその構成糖類またはリグニンを使用して、中間体または生成物、例えば本明細書で記載されるものを生成することができる微生物（酵素処理ありまたはなし）と合わせることができる。
【００８５】
第２の材料は第１の材料に比べて低減した分子量、場合によっては、その上、低減した結晶化度を有するセルロースを含むので、第２の材料は、一般に、例えば、微生物および／または酵素を含む溶液中で、より分散性、膨潤性および／または可溶性である。これらの特性により、第２の材料は、第１の材料に比べて、加工処理がより容易で、化学薬品、酵素および／または生物攻撃を受けやすくなり、これにより、所望の生成物、例えば、エタノールの生成速度および／または生成レベルが大きく改善され得る。放射線はまた、材料または材料をバイオプロセス処理するのに必要とされる任意の培地を滅菌することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、第２の材料は、第１の材料の酸化のレベル（Ｏ１）より高い酸化のレベル（Ｏ２）を有することができる。材料のより高い酸化のレベルは、その分散性、膨潤性および／または溶解度を助けることができ、さらに、化学薬品、酵素または生物攻撃への材料の感受性が増強される。いくつかの実施形態では、第１の材料と比較して第２の材料の酸化のレベルを増加させるために、照射が酸化環境下で、例えば、空気または酸素のブランケット下で実施され、第１の材料よりも酸化されている第２の材料が生成される。例えば、第２の材料はより多くのヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基またはカルボン酸基を有することができ、これらは、その親水性を増加させることができる。
【００８７】
電離放射線
各型の放射線は、放射線のエネルギーにより決定されるように、特定の相互作用を介して炭素含有材料をイオン化する。重荷電粒子は主として、クーロン散乱を介して物質をイオン化し；さらに、これらの相互作用はさらに物質をイオン化することができるエネルギー電子を生成する。α粒子はヘリウム原子の核と同一であり、様々な放射性核、例えば、ビスマス、ポロニウム、アスタチン、ラドン、フランシウム、ラジウム、いくつかのアクチニド、例えばアクチニウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、キュリウム、カリフォルニウム、アメリシウム、およびプルトニウムの同位体のα崩壊により生成される。
【００８８】
粒子が使用される場合、それらは中性（無電荷）である、正電荷を持つまたは負電荷を持つことができる。荷電される場合、荷電粒子は単一の正または負電荷、または複数の電荷、例えば、１、２、３またはさらには４以上の電荷を有することができる。鎖切断が望ましい場合、正電荷を持つ粒子が、一つには、それらの酸性性質により望ましい可能性がある。粒子が使用される場合、粒子は静止電子の質量、またはそれ以上、例えば、静止電子の質量の５００、１０００、１５００、２０００、１０，０００またはさらには１００，０００倍を有することができる。例えば、粒子は、約１原子単位〜約１５０原子単位、例えば、約１原子単位〜約５０原子単位、または約１〜約２５、例えば、１、２、３、４、５、１０、１２または１５ａｍｕの質量を有することができる。粒子を加速するために使用される加速器は静電ＤＣ、動電ＤＣ、ＲＦ直線、磁気誘導直線または連続波とすることができる。例えば、サイクロトロン型加速器は、ＩＢＡ、Ｂｅｌｇｉｕｍから入手可能で、例えばＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）システムであり、一方、ＤＣ型加速器はＲＤＩ、現在ＩＢＡ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌから入手可能で、例えばＤｙｎａｍｉｔｒｏｎ（登録商標）である。イオンおよびイオン加速器は下記において記載される：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｓ．  Ｋｒａｎｅ，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｉｎｃ．  （１９８８），  Ｋｒｓｔｏ  Ｐｒｅｌｅｃ，  ＦＩＺＩＫＡ  Ｂ  ６  （１９９７）  ４，  １７７−２０６，  Ｃｈｕ，  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｔ．，  “Ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｔｈｅｒａｐｙ”  Ｃｏｌｕｍｂｕｓ−Ｏｈｉｏ，  ＩＣＲＵ−ＩＡＥＡ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，  １８−２０  Ｍａｒｃｈ  ２００６，  Ｉｗａｔａ，  Ｙ．  ｅｔ  ａｌ．，  “Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−Ｐｈａｓｅ−Ｆｏｃｕｓｅｄ  ＩＨ−ＤＴＬ  ｆｏｒ  Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２００６，  Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ，  ＳｃｏｔｌａｎｄおよびＬｅａｎｅｒ，  Ｃ．Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＥＣＲ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｖｅｎｕｓ”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２０００，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａ。
【００８９】
いくつかの実施形態では、電子ビームが放射線源として使用される。電子ビームは、高い線量率（例えば、１、５、またはさらには１０Ｍｒａｄ／秒）、ハイスループット、低い封じ込め、および低い閉じ込め機器という利点を有する。電子はまた、鎖切断を引き起こすのにより効率的であり得る。加えて、４−１０ＭｅＶのエネルギーを有する電子は、５〜３０ｍｍ以上、例えば４０ｍｍの侵入深さを有することができる。場合によっては、複数の電子ビーム装置（例えば、複数のヘッド、しばしば、「ホルン」と呼ばれる）が使用され、複数の線量の電子ビーム照射が材料に送達される。この高い総ビーム出力は通常、複数の加速ヘッドを使用して達成される。例えば、電子ビーム装置は２つ、４つ以上の加速ヘッドを含み得る。１つの例として、電子ビーム装置は４つの加速ヘッドを含むことができ、その各々が３００ｋＷのビーム出力を有し、計１２００ｋＷのビーム出力を有する。その各々が比較的低いビーム出力を有する複数のヘッドの使用は、材料における過度の温度上昇を防止し、よって、材料の燃焼を防止し、また、材料の層の厚さを通る線量の均一性を増加させる。複数のヘッドを用いた照射は２０１１年１０月１８日に出願された米国特許出願第１３／２７６，１９２号（その完全な開示は参照により本明細書に組み込まれる）において開示される。
【００９０】
電子ビームは、例えば、静電起電機、カスケード起電機、変圧器起電機（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、走査システムを有する低エネルギー加速器、リニアカソードを有する低エネルギー加速器、直線加速器、およびパルス加速器により発生させることができる。電離放射線源としての電子は、例えば、比較的薄い積み重ね材料、例えば、０．５インチ未満、例えば、０．４インチ未満、０．３インチ、０．２インチ、または０．１インチ未満に対して有用となり得る。いくつかの実施形態では、電子ビームの各電子のエネルギーは約３ＭｅＶ〜約２．０ＭｅＶ（１００万電子ボルト）、例えば、約０．５ＭｅＶ〜約１．５ＭｅＶ、または約０．７ＭｅＶ〜約１．２５ＭｅＶである。
【００９１】
電子ビーム照射装置は、Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、ルーヴァン＝ラ＝ヌーヴ は、ベルギーまたはＴｉｔａｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、カリフォルニア州サンディエゴから商業的に入手され得る。典型的な電子エネルギーは１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ、または１０ＭｅＶとすることができる。典型的な電子ビーム照射装置出力は１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、１００ｋＷ、２５０ｋＷ、または５００ｋＷとすることができる。原料の脱重合のレベルは、使用される電子エネルギーおよび適用される線量に依存し、一方、曝露時間は出力および線量に依存する。典型的な線量は、１ｋＧｙ、５ｋＧｙ、１０ｋＧｙ、２０ｋＧｙ、５０ｋＧｙ、１００ｋＧｙ、または２００ｋＧｙの値をとり得る。いくつかの実施形態では、０．２５−１０ＭｅＶ（例えば、０．５−０．８ＭｅＶ、０．５−５ＭｅＶ、０．８−４ＭｅＶ、０．８−３ＭｅＶ、０．８−２ＭｅＶまたは０．８−１．５ＭｅＶ）のエネルギーが使用され得る。
【００９２】
電磁放射線
照射が電磁放射線を用いて実施される実施形態では、電磁放射線は、例えば、１０２ｅＶ超、例えば、１０３超、１０４、１０５、１０６、またはさらには１０７ｅＶ超のエネルギー／光子（電子ボルト）を有することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射線は、１０４〜１０７、例えば、１０５〜１０６ｅＶのエネルギー／光子を有する。電磁放射線は、例えば、１０１６Ｈｚ超、１０１７Ｈｚ超、１０１８、１０１９、１０２０、またはさらには１０２１Ｈｚ超の周波数を有することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射線は１０１８〜１０２２Ｈｚ、例えば、１０１９〜１０２１Ｈｚの周波数を有する。
【００９３】
線量
いくつかの実施形態では、照射（いずれかの放射線源または線源の組み合わせを用いる）は、材料が少なくとも０．２５Ｍｒａｄ、例えば、少なくとも１．０、２．５、５．０、８．０、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０、またはさらには少なくとも１００Ｍｒａｄの線量を受けるまで実施される。いくつかの実施形態では、照射は、材料が１．０Ｍｒａｄ〜６．０Ｍｒａｄ、例えば、１．５Ｍｒａｄ〜４．０Ｍｒａｄ、２Ｍｒａｄ〜１０Ｍｒａｄ、５Ｍｒａｄ〜２０Ｍｒａｄ、１０Ｍｒａｄ〜３０Ｍｒａｄ、１０Ｍｒａｄ〜４０Ｍｒａｄ、または２０Ｍｒａｄ〜５０Ｍｒａｄの線量を受けるまで実施される。
【００９４】
いくつかの実施形態では、照射は５．０〜１５００．０キロラド／時間、例えば、１０．０〜７５０．０キロラド／時間または５０．０〜３５０．０キロラド／時間の線量率で実施される。
【００９５】
いくつかの実施形態では、２つ以上の放射線源、例えば２つ以上の電離放射線が使用される。例えば、試料は、任意の順序で、電子ビームにより、続いてγ放射線および約１００ｎｍ〜約２８０ｎｍの波長を有するＵＶ光により処理することができる。いくつかの実施形態では、試料は３つの電離放射線源、例えば電子ビーム、γ放射線、およびエネルギーＵＶ光で処理される。
【００９６】
超音波処理、熱分解および酸化
放射線処理に加えて、原料は、超音波処理、熱分解および酸化の任意の１つ以上により処理され得る。これらの処理プロセスは２００９年４月２３日に出願された米国特許第７，９３２，０６５号（その全開示内容は本明細書で参照により組み込まれる）に記載される。
【００９７】
可溶化する、不応性を低減するまたは官能化するための他のプロセス
この段落のプロセスのいずれも、単独で、本明細書で記載されるプロセスのいずれもなしで、あるいは本明細書で記載されるプロセスのいずれかと組み合わせて（任意の順序）使用することができる：蒸気爆発、化学的処理（例えば、酸処理（鉱酸、例えば硫酸、塩酸および有機酸、例えばトリフルオロ酢酸による濃および希酸処理を含む）、および／または塩基処理（例えば、石灰または水酸化ナトリウムによる処理）、ＵＶ処理、スクリュー押し出し処理、溶媒処理（例えば、イオン性液体による処理）および凍結ミリング。これらのプロセスのいくつかは、例えば、２０１０年１１月１９日に出願された米国特許第８，０６３，２０１号および；２０１１年５月２日に出願された米国特許出願第１３／０９９，１５１号；および２００９年７月１４日に出願された米国特許第７，９００，８５７号（その全開示は本明細書で参照により組み込まれる）に記載される。
【００９８】
生成物および糖化後加工処理
糖類
糖化中または後の加工処理はクロマトグラフィー、例えば、疑似移動床クロマトグラフィー、沈殿、遠心分離、結晶化、溶媒蒸発およびそれらの組み合わせによる単離および／または糖類濃縮を含むことができる。加えて、または任意で、加工処理は糖溶液または懸濁液中の１つ以上の糖類の異性化を含むことができる。
【００９９】
いくつかの可能な加工処理工程はＰＣＴ／ＵＳ１２／７１０９３号、ＰＣＴ／ＵＳ１２／７１０８３および２０１２年１２月２０日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ１２／７１０９７号（その全開示は本明細書で参照により組み込まれる）に開示される。
【０１００】
水素化
下流加工処理は水素化を含むことができる。例えば、グルコースおよびキシロースはそれぞれ、ソルビトールおよびキシリトールに水素化することができる。水素化は、触媒、例えば、Ｐｔ／γ−Ａｌ２Ｏ３、Ｒｕ／Ｃ、ラネーニッケルをＨ２と組み合わせて、高圧下、例えば、１０〜１２０００ｐｓｉで使用することにより達成することができる。
【０１０１】
燃料電池
本明細書で記載される方法が糖溶液または懸濁液を生成する場合、この溶液または懸濁液はその後、燃料電池で使用することができる。例えば、セルロースまたはリグノセルロース材料に由来する糖類を使用する燃料電池は２０１２年１２月１９日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ１２／７０６２４号（その全開示内容は本明細書で参照により組み込まれる）で開示される。
【０１０２】
発酵
下流加工処理では、糖化により生成される糖類は発酵させることができ、他の生成物、例えば、アルコール、糖アルコール、例えばエリスリトール、有機酸、例えば、乳酸、グルタミン酸もしくはクエン酸またはアミノ酸が生成される。
【０１０３】
例えば、酵母およびザイモモナス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）細菌は発酵のために使用することができる。他の微生物は下記材料セクションで記載される。
【０１０４】
酵母のための最適ｐＨは約ｐＨ４〜５であり、ザイモモナスのための最適ｐＨは約ｐＨ５〜６である。典型的な発酵時間は約２４〜９６時間で、温度は２６℃〜４０℃の範囲であり、しかしながら、好熱性微生物はより高い温度を好む。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、例えば、嫌気性生物、例えばクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ）が使用される場合、発酵の少なくとも一部は酸素なし、例えば、不活性ガス、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ２またはそれらの混合物のブランケット下で実施される。加えて、混合物は発酵の一部または全体中に、槽を通して流れる不活性ガスの一定パージを有し得る。場合によっては、嫌気性条件は発酵中の二酸化炭素生成により達成または維持することができ、追加の不活性ガスは必要ない。
【０１０６】
ジェット混合を発酵中に使用することができ、場合によっては、糖化および発酵は同じ槽内で、同時にまたは連続して実施される。
【０１０７】
栄養分、例えば、２０１１年７月１５日に出願された米国特許出願第１３／１８４，１３８号（その全開示内容は参照により本明細書に組み込まれる）に記載される食品に基づく栄養分パッケージは、糖化および／または発酵中に添加され得る。
【０１０８】
可動発酵槽は、米国特許出願第１２／３７４，５４９号および国際出願第ＷＯ２００８／０１１５９８号に記載されるように、使用することができる。同様に、糖化機器は可動性とすることができる。さらに、糖化および／または発酵は、一部または完全に輸送中に実施され得る。
【０１０９】
蒸留
発酵後、得られた流体は、例えば、「ビール塔」を使用しては蒸留することができ、エタノールおよび他のアルコールが大部分の水および残留固体から分離される。ビール塔を出て行く蒸気は、例えば、３５重量％エタノールとすることができ、精留塔に送ることができる。精留塔からのほぼ共沸（９２．５％）エタノールおよび水の混合物は、気相モレキュラーシーブを使用して純粋（９９．５％）エタノールに精製することができる。ビール塔底部は、３効用蒸発器の第１のエフェクトに送ることができる。精留塔還流冷却器は、この第１のエフェクトのために熱を提供することができる。第１のエフェクト後、固体は、遠心分離機を用いて分離することができ、および回転乾燥機中で乾燥させることができる。遠心分離機排出物の一部（２５％）は、発酵にリサイクルすることができ、残りは、第２および第３の蒸発器エフェクトに送ることができる。蒸発器凝縮物のほとんどは、かなりきれいな凝縮物としてプロセスに戻すことができ、ごく一部が分離されて廃水処理に送られ、低沸点化合物の蓄積が防止される。
【０１１０】
中間体および生成物
本明細書で開示されるプロセスを使用して生成され得る生成物の具体例としては下記が挙げられるが、それらに限定されない、水素、糖類（例えば、グルコース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、果糖、二糖類、オリゴ糖類および多糖類）、アルコール（例えば、一価アルコールまたは二価アルコール、例えばエタノール、ｎ−プロパノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノールまたはｎ−ブタノール）、例えば、１０％超、２０％、３０％またはさらには４０％超の水を含む水和または含水アルコール、キシリトール、バイオディーゼル、有機酸、炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパン、イソブテン、ペンタン、ｎ−ヘキサン、バイオディーゼル、バイオガソリンおよびそれらの混合物）、副産物（例えば、タンパク質、例えばセルロース分解性タンパク質（酵素）または単細胞タンパク質）、ならびに任意の組み合わせまたは相対濃度での、任意でいずれかの添加物、例えば、燃料添加物との組み合わせでのこれらのいずれかの混合物。他の例としては下記が挙げられる：カルボン酸、カルボン酸の塩、カルボン酸とカルボン酸の塩の混合物、およびカルボン酸のエステル（例えば、メチル、エチルおよびｎ−プロピルエステル）、ケトン（例えば、アセトン）、アルデヒド（例えば、アセトアルデヒド）、α、β不飽和酸、例えばアクリル酸およびオレフィン、例えばエチレン。他のアルコールおよびアルコール誘導体としては下記が挙げられる：プロパノール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、糖アルコール（例えば、エリスリトール、グリコール、グリセロール、ソルビトールトレイトール、アラビトール、リビトール、マンニトール、ズルシトール、フシトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、キシリトールおよび他のポリオール）、これらのアルコールのいずれかのメチルまたはエチルエステル。他の生成物としては下記が挙げられる：アクリル酸メチル、メチルメタクリル酸、乳酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、吉草酸、カプロン酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、オレイン酸、リノール酸、グリコール酸、γ−ヒドロキシ酪酸、およびそれらの混合物、これらの酸のいずれかの塩、または酸のいずれかとそれらの個々の塩の混合物、酸のいずれかの塩ならびに酸のいずれかと個々の塩の混合物。
【０１１１】
食品および医薬品を含む他の中間体および生成物は、２００９年４月３日に出願された米国特許出願第１２／４１７，９００号（その全開示内容は本明細書で参照により組み込まれる）に記載される。上記生成物のお互いとの、および／または上記生成物の他の生成物（他の生成物は本明細書で記載されるプロセスまたは他の方法により製造され得る）との任意の組み合わせは、共にパッケージすることができ、製品として販売することができる。生成物は合わせることができ、例えば、混合、ブレンドまたは共溶解することができ、あるいは単純に共にパッケージされ、または販売され得る。
【０１１２】
本明細書で記載される生成物のいずれかまたは生成物の組み合わせは、生成物を販売する前、例えば、精製もしくは単離後またはさらにはパッケージング後に、例えば生成物（複数可）を衛生化または滅菌するために、および／または生成物（複数可）中の存在し得る１つ以上の潜在的に望ましくない汚染物質を中和するために、照射することができる。そのような照射は、例えば、約２０Ｍｒａｄ未満、例えば、約０．１〜１５Ｍｒａｄ、約０．５〜７Ｍｒａｄ、または約１〜３Ｍｒａｄの線量とすることができる。
【０１１３】
本明細書で記載されるプロセスは、プラントの他の部分で使用される（コジェネレーション）、または公開市場で販売される水蒸気および電気を発生させるのに有用な様々な副産物ストリームを生成させることができる。例えば、副産物ストリームの燃焼から発生する水蒸気は蒸留プロセスで使用することができる。別の例として、副産物ストリームの燃焼から発生する電気は前処理で使用される電子ビーム発生器に電力を供給するために使用することができる。
【０１１４】
水蒸気および電気を発生させるために使用される副産物は、プロセスを通して、多くの源に由来する。例えば、廃水の嫌気性消化はメタンを多く含むバイオガスおよび少量の廃棄バイオマス（スラッジ）を生成することができる。別の例として、糖化後および／または蒸留後固体（例えば、前処理および一次プロセスから残った未変換リグニン、セルロース、およびヘミセルロース）は、燃料として、使用する、例えば、燃焼させることができる。
【０１１５】
記載される方法によるリグノセルロース加工処理からの使用済みのバイオマスは、高いリグニン含量を有することが期待され、有益な生成物となり得る。例えば、リグニンは、プラスチックとして捕捉されたものとして使用することができ、またはこれは、他のプラスチックに合成的にグレードアップすることができる。場合によっては、これは、エネルギー源として使用することができ、例えば、燃焼することができ、熱が提供される。場合によっては、これはまた、リグノスルホネートに変換することができ、これはバインダー、分散剤、乳化剤または捕捉剤として使用することができる。
【０１１６】
バインダーとして使用される場合、リグニンまたはリグノスルホネートは、例えば、練炭において、セラミックにおいて、カーボンブラックを結合するために、肥料および除草剤を結合させるために、粉じん抑制剤として、ベニヤ板およびパーティクルボードの製造において、動物飼料を結合させるために、ガラス繊維のためのバインダーとして、リノリウムペースト中のバインダーとして、および土質安定剤として使用することができる。
【０１１７】
分散剤として、リグニンまたはリグノスルホネートは、例えば、コンクリート混合物、粘土およびセラミック、染料および顔料、革なめしおよび石こうボードにおいて使用することができる。
【０１１８】
乳化剤としては、リグニンまたはリグノスルホネートは、例えば、アスファルト、顔料および染料、駆除剤およびろうエマルジョンにおいて使用することができる。
【０１１９】
捕捉剤としては、リグニンまたはリグノスルホネートは、例えば、微量栄養素系、洗浄化合物および水処理システムにおいて、例えば、ボイラーおよび冷却システムために使用することができる。
【０１２０】
加熱源として、リグニンは一般にホロセルロース（セルロースおよびヘミセルロース）よりも高いエネルギー含量を有する。というのは、これはホモセルロース（ｈｏｍｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）よりも多くの炭素を含むからである。例えば、乾燥リグニンは、ホロセルロースの７，０００〜８，０００ＢＴＵ／ポンドに比べ、約１１，０００〜１２，５００ＢＴＵ／ポンドのエネルギー含量を有することができる。そのようなものとして、リグニンは高密度化することができ、燃焼のためのブリケットおよびペレットに変換することができる。例えば、リグニンは、本明細書で記載される任意の方法により、ペレットに変換することができる。よりゆっくり燃焼するペレットまたはブリケットでは、リグニンは、例えば、約０．５Ｍｒａｄ〜５Ｍｒａｄの放射線量を適用することにより架橋させることができる。架橋はよりゆっくり燃焼する形状因子を生成させることができる。形状因子、例えばペレットまたはブリケットは、「合成石炭」または木炭に、空気なしで、例えば、４００〜９５０℃の間で熱分解することにより変換することができる。熱分解前に、リグニンを架橋し、構造統合性を維持することが望ましい可能性がある。
【０１２１】
原料材料
バイオマス原料
原料は好ましくはリグノセルロース材料であるが、本明細書で記載されるプロセスはまた、セルロース材料、例えば、紙、紙製品、紙パルプ、綿、およびこれらのいずれかの混合物、および他の型のバイオマスと共に使用され得る。本明細書で記載されるプロセスはリグノセルロース材料を用いると特に有用であり、こいうのも、これらのプロセスは、リグノセルロース材料の不応性を低減し、そのような材料を、経済的に実行可能な様式で加工処理して、生成物および中間体にさせるのに特に有効であるからである。
【０１２２】
場合によっては、リグノセルロース材料は、例えば、木材、草、例えば、スイッチグラス、穀物残留物、例えば、もみ殻、バガス、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、トウモロコシ穂軸、コーン・ストーバー、ココナツの毛、藻類、海藻、麦わらおよびこれらのいずれかの混合物を含むことができる。
【０１２３】
場合によっては、リグノセルロース材料はトウモロコシ穂軸を含む。グラインディングまたはハンマーミリングしたトウモロコシ穂軸は、照射のために比較的均一な厚さの層に広げることができ、照射後、さらなる加工処理のための培地中に分散することが容易である。収穫および収集を促進するために、場合によっては、トウモロコシ植物全体が使用され、トウモロコシ葉柄、トウモロコシ穀粒、および場合によっては、植物の根系ですら含まれる。
【０１２４】
便宜的に、追加の栄養分（窒素源、例えば、尿素またはアンモニア以外）は、トウモロコシ穂軸またはかなりの量のトウモロコシ穂軸を含む原料の発酵中に必要とされない。
【０１２５】
トウモロコシ穂軸はまた、粉砕前後、搬送および分散するのがより容易であり、干し草および草などの他の原料よりも、空気中で爆発性の混合物を形成する傾向が低い。
【０１２６】
他のセルロースまたはリグノセルロース材料源は、２０１２年２月１４日に出願された米国特許出願第１３／３９６，３６９号（その完全な開示は参照により本明細書に組み込まれる）に開示される遺伝子改変植物に由来する。
【０１２７】
他のバイオマス原料は澱粉質または糖質材料および微生物材料を含む。
【０１２８】
澱粉質または糖質材料としては、下記が挙げられる：デンプン自体、例えば、トウモロコシデンプン、コムギデンプン、ジャガイモデンプンまたはコメデンプン、デンプンの誘導体、またはデンプンもしくは糖を含む材料、例えば可食食品または作物。例えば、澱粉質または糖質材料はアラカチャ、ソバ、バナナ、オオムギ、キャッサバ、クズ、オカ、サゴ、ソルガム、一般家庭用ジャガイモ、サツマイモ、タロイモ、ヤム、トウモロコシ穀粒、または１つ以上の豆類、例えばソラマメ、レンティルまたはエンドウとすることができる。任意の２つ以上の澱粉質または糖質材料のブレンドもまた澱粉質／糖質材料である。
【０１２９】
微生物源としては、下記が挙げられるが、それらに限定されない：炭水化物（例えば、セルロース）源を含む、またはこれを提供することができる任意の天然起源または遺伝子改変微生物または生物、例えば、原生生物、例えば、動物原生生物（例えば、原虫、例えば鞭毛虫、アメーバ、繊毛虫、および胞子虫）ならびに植物原生生物（例えば、藻類、例えばアルベオラータ、クロララクニオン藻、クリプト藻類、ミドリムシ、灰色藻、ハプト藻類、紅藻類、黄色植物、および緑色植物亜界（ｖｉｒｉｄａｅｐｌａｎｔａｅ））。他の例としては下記が挙げられる：海藻、プランクトン（例えば、マクロプランクトン、メソプランクトン、マイクロプランクトン、ナノプランクトン、ピコプランクトン、およびフェムトプランクトン（ｆｅｍｐｔｏｐｌａｎｋｔｏｎ））、植物プランクトン、細菌（例えば、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、および好極限性細菌）、酵母および／またはこれらの混合物。場合によっては、微生物バイオマスは自然源、例えば、海洋、湖、水の塊、例えば、塩水または真水から、陸上で入手することができる。その代わりに、または加えて、微生物バイオマスは、培養系、例えば、大規模乾燥および湿潤培養系から入手することができる。
【０１３０】
本明細書で記載される任意のバイオマス材料のブレンドは、本明細書で記載される中間体または生成物のいずれかを製造するために使用することができる。例えば、セルロース材料および澱粉質材料のブレンドは本明細書で記載される任意の生成物を製造するために使用することができる。
【０１３１】
糖化剤
好適なセルロース分解酵素としては、バチルス、シュードモナス、ヒュミコラ、フサリウム、チエラビア、アクレモニウム、クリソスポリウムおよびトリコデルマ属由来のセルラーゼが挙げられ、ヒュミコラ、コプリナス、チエラビア、フサリウム、ミセリオフソラ、アクレモニウム、セファロスポリウム、スキタリジウム、ペニシリウムまたはアスペルギルス（例えば、ＥＰ４５８１６２号を参照されたい）の種が挙げられ、とりわけ、下記種から選択される株により生成されるものが挙げられ：ヒュミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ）（スキタリジウム・サーモフィルム（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ）として再分類、例えば、米国特許第４，４３５，３０７号を参照されたい）、コプリヌス・シネレウス（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ  ｃｉｎｅｒｅｕｓ）、フサリウム・オキシスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）、ミセリオフソラ・サーモヒラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）、メリピウス・ギガンテウス（Ｍｅｒｉｐｉｌｕｓ  ｇｉｇａｎｔｅｕｓ）、チエラビア・テレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）、アクレモニウム種、アクレモニウム・ペルシシナム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ）、アクレモニウム・アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）、アクレモニウム・ブラシペニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ）、アクレモニウム・ジクロモスポルム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ）、アクレモニウム・オブクラバタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ）、アクレモニウム・ピンケルトニエ（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ）、アクレモニウム・ロセオグリセウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ）、アクレモニウム・インコロラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ）、およびアクレモニウム・フラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｆｕｒａｔｕｍ）；好ましくは、下記種から選択される：ヒュミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ）ＤＳＭ１８００、フサリウム・オキシスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）ＤＳＭ２６７２、ミセリオフソラ・サーモヒラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）ＣＢＳ１１７．６５、セファロスポリウム種ＲＹＭ−２０２、アクレモニウム種ＣＢＳ４７８．９４、アクレモニウム種ＣＢＳ２６５．９５、アクレモニウム・ペルシシナム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ）ＣＢＳ１６９．６５、アクレモニウム・アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）ＡＨＵ９５１９、セファロスポリウム種ＣＢＳ５３５．７１、アクレモニウム・ブラシペニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ）ＣＢＳ８６６．７３、アクレモニウム・ジクロモスポルム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ）ＣＢＳ６８３．７３、アクレモニウム・オブクラバタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ）ＣＢＳ３１１．７４、アクレモニウム・ピンケルトニエ（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｐｉｎ���ｅｒｔｏｎｉａｅ）ＣＢＳ１５７．７０、アクレモニウム・ロセオグリセウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ）ＣＢＳ１３４．５６、アクレモニウム・インコロラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ）ＣＢＳ１４６．６２、およびアクレモニウム・フラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｆｕｒａｔｕｍ）ＣＢＳ２９９．７０Ｈ。セルロース分解酵素はまた、クリソスポリウム、好ましくはクリソスポリウム・ラクノウェンス（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ  ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ）の株から入手することができる。加えて、トリコデルマ（特にトリコデルマ・ビリデ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｖｉｒｉｄｅ）、トリコデルマ・リーセイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｒｅｅｓｅｉ）およびトリコデルマ・コニンギイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｋｏｎｉｎｇｉｉ））、好アルカリ性バチルス（例えば、米国特許第３，８４４，８９０号およびＥＰ４５８１６２号を参照されたい）、およびストレプトマイセス（例えば、ＥＰ４５８１６２号を参照されたい）が使用され得る。
【０１３２】
発酵剤
発酵で使用される微生物（複数可）は、天然微生物および／または操作された微生物とすることができる。例えば、微生物は細菌、例えば、セルロース分解性細菌、真菌、例えば、酵母、植物または原生生物、例えば、藻類、原虫または真菌様原生生物、例えば、粘菌とすることができる。生物が適合性である場合、生物の混合物を使用することができる。
【０１３３】
好適な発酵微生物は炭水化物、例えばグルコース、果糖、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、オリゴ糖類または多糖類を発酵生成物に変換する能力を有する。発酵微生物としては下記の株が挙げられる：サッカロマイセス属種、例えば、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（パン酵母）、サッカロマイセス・ディアスタティクス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｄｉｓｔａｔｉｃｕｓ）、サッカロマイセス・ウバルム（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｕｖａｒｕｍ）；クリベロミセス属、例えば、クリベロミセス・マルキシアヌス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｍａｒｘｉａｎｕｓ）種、クリベロミセス・フラジリス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｆｒａｇｉｌｉｓ）；カンジダ属、例えば、カンジダ・シュードトロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｐｓｅｕｄｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）、およびカンジダ・ブラシカ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｂｒａｓｓｉｃａｅ）、ピキア・スティピティス（Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｔｉｓ）（カンジダ・シハタエ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｓｈｅｈａｔａｅ）の近縁種、クラビスポラ属、例えば、クラビスポラ・ルシタニエ（Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ  ｌｕｓｉｔａｎｉａｅ）およびクラビスポラ・オプンティアエ（Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ  ｏｐｕｎｔｉａｅ）種、パキソレン属、例えば、パキソレン・タンノフィルス（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ  ｔａｎｎｏｐｈｉｌｕｓ）種、ブレタノミセス属、例えば、ブレタノミセス・クラウセニイ（Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ  ｃｌａｕｓｅｎｉｉ）種（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  Ｇ．  Ｐ．，  １９９６，  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｉｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，  Ｗｙｍａｎ，  Ｃ．Ｅ．，  ｅｄ．，  Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＤＣ，  １７９−２１２）。他の好適な微生物としては、例えば、下記が挙げられる：ザイモモナス・モビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ  ｍｏｂｉｌｉｓ）、クロストリジウム・サーモセラム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ）（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  １９９６、上記）、クロストリジウム・サッカロブチルアセトニカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ）、クロストリジウム・サッカロブチリカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）、クロストリジウム・パニセウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  Ｐｕｎｉｃｅｕｍ）、クロストリジウム・ベイジェリンキ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｎｃｋｉｉ）、クロストリジウム・アセトブチリカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）、モニリエラ・ポリニス（Ｍｏｎｉｌｉｅｌｌａ  ｐｏｌｌｉｎｉｓ）、ヤロウイア・リポリティカ（Ｙａｒｒｏｗｉａ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）、アウレオバシジウム種、トリコスポロノイデス種、トリゴノプシス・バリアビリス、トリコスポロン種、モニリエラ・アセトアブタンス、チフラ・バリアビリス（Ｔｒｉｇｏｎｏｐｓｉｓ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）、カンジダ・マグノリアエ���Ｃａｎｄｉｄａ  ｍａｇｎｏｌｉａｅ）、ウスチラジノマイシーテス（Ｕｓｔｉｌａｇｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）、シュードジーマ・ツクバエンシス（Ｐｓｅｕｄｏｚｙｍａ  ｔｓｕｋｕｂａｅｎｓｉｓ）、ザイゴサッカロミセス属の酵母種、デバリオマイセス、ハンゼヌラ（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）およびピキア（Ｐｉｃｈｉａ）、ならびに黒色（ｄｅｍａｔｉｏｉｄ）トルラ（Ｔｏｒｕｌａ）属の真菌。
【０１３４】
市販の酵母としては、例えば、下記が挙げられる：Ｒｅｄ  Ｓｔａｒ（登録商標）／Ｌｅｓａｆｆｒｅ  Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｒｅｄ（Ｒｅｄ  Ｓｔａｒ／Ｌｅｓａｆｆｒｅ、ＵＳＡから入手可能）、ＦＡＬＩ（登録商標）（Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓ  Ｙｅａｓｔ、Ｂｕｍｓ  Ｐｈｉｌｉｐ  Ｆｏｏｄ  Ｉｎｃ．、ＵＳＡの部から入手可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）（Ａｌｌｔｅｃｈ、現在Ｌａｌｅｍａｎｄから入手可能）、ＧＥＲＴ  ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  ＡＢ、Ｓｗｅｄｅｎから入手可能）およびＦＥＲＭＯＬ（登録商標）（ＤＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能）。
【０１３５】
グルコースイソメラーゼ
グルコースイソメラーゼ（キシロースイソメラーゼおよびＤ−キシロースケトールイソメラーゼとしても知られている）はアルドースおよびケトースを相互変換する、イソメラーゼのファミリーに属する。いくつかの例はイソメラーゼ（ＥＣ５．３．１９）、（ＥＣ５．３．１６）およびＥＣ５．３．１．５である。
【０１３６】
使用されるグルコースイソメラーゼ（ｉｓｏｍｅｒｉｚｅ）は、限定はされないが、下記を含む多くの細菌から単離することができる：アクチノマイセス・オリボシネレウス（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ  ｏｌｉｖｏｃｉｎｅｒｅｕｓ）、アクチノマイセス・フェオクロモゲネス（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ  ｐｈａｅｏｃｈｒｏｍｏｇｅｎｅｓ）、アクチノプラネス・ミズーリエンシス（Ａｃｔｉｎｏｐｌａｎｅｓ  ｍｉｓｓｏｕｒｉｅｎｓｉｓ）、アエロバクター・アエロゲネス（Ａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、アエロバクター・クロアカエ（Ａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｃｌｏａｃａｅ）、アエロバクター・レバニクム（Ａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｌｅｖａｎｉｃｕｍ）、アルスロバクター種、バチルス・ステアロサーモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、バチルス・メガバクテリウム（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｇａｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、バチルス・コアグランス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏａｇｕｌａｎｓ）、ビフィドバクテリウム種、ブレビバクテリウム・インセルタムＢｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｉｎｃｅｒｔｕｍ）、ブレビバクテリウム・ペントソアミノアシジカム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍｐｅｎｔｏｓｏａｍｉｎｏａｃｉｄｉｃｕｍ）、チャイニア（Ｃｈａｉｎｉａ）種、コリネバクテリウム種、コルトバクテリウム・ヘルボラム（Ｃｏｒｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｈｅｌｖｏｌｕｍ）、エシェリキア・フロインディ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｆｒｅｕｎｄｉｉ）、エシェリキア・インターメディア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａ）、大腸菌、フラボバクテリウム・アルボレッセンス（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ａｒｂｏｒｅｓｃｅｎｓ）、フラボバクテリウム・デボランス（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｄｅｖｏｒａｎｓ）、ラクトバチルス・ブレビス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｒｅｖｉｓ）、ラクトバチルス・ブフネリ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｕｃｈｎｅｒｉ）、ラクトバチルス・ファーメンティ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｆｅｒｍｅｎｔｉ）、ラクトバチルス・マンニトポエウス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍａｎｎｉｔｏｐｏｅｕｓ）、ラクトバチルス・ガイオニイ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｇａｙｏｎｉｉ）、ラクトバチルス・プランタルム（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｐｌａｎｔａｒｕｍ）、ラクトバチルス・リコペルシシ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｉ）、ラクトバチルス・ペントーサス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｐｅｎｔｏｓｕｓ）、ロイコノストック・メゼンテロイデス（Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ  ｍｅｓｅｎｔｅｒｏｉｄｅｓ）、ミクロビスポラ・ロゼア（Ｍｉｃｒｏｂｉｓｐｏｒａ  ｒｏｓｅａ）、ミクロエロボスポリア・フラベア（Ｍｉｃｒｏｅｌｌｏｂｏｓｐｏｒｉａ  ｆｌａｖｅａ）、ミクロモノスポラ・ケルレア（Ｍｉｃｒｏｍｏｎｏｓｐｏｒａ  ｃｏｅｒｕｌａ）、マイコバクテリア種、ノカルジア・アステロイデス、ノカルジア・コラリア（Ｎｏｃａｒｄｉａ  ｃｏｒａｌｌｉａ）、ノカルジア・ダソンビレイ（Ｎｏｃａｒｄｉａ  ｄａｓｓｏｎｖｉｌｌｅｉ）、パラコロバクテリウム・アエロゲノイデス（Ｐａｒａｃｏｌｏｂａ��ｔｅｒｉｕｍ  ａｅｒｏｇｅｎｏｉｄｅｓ）、シュードノカルジア種、シュードモナス・ヒドロフィラ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｈｙｄｒｏｐｈｉｌａ）、サルシナ種、スタフィロコッカス・ビビラ（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｉｂｉｌａ）、スタフィロコッカス・フラボビレンス（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｌａｖｏｖｉｒｅｎｓ）、スタフィロコッカス・エチナタス（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ｅｃｈｉｎａｔｕｓ）、スタフィロコッカス・アクロモゲネス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ａｃｈｒｏｍｏｇｅｎｅｓ）、スタフィロコッカス・フェオクロモゲネス、スタフィロコッカス・フラクリアエ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｒａｃｌｉａｅ）、スタフィロコッカス・ロゼオクロモゲネス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｒｏｓｅｏｃｈｒｏｍｏｇｅｎｅｓ）、スタフィロコッカス・オリバセウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｏｌｉｖａｃｅｕｓ）、スタフィロコッカス・カリフォルニコス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｃａｌｉｆｏｒｎｉｃｏｓ）、スタフィロコッカス・ベヌセウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｖｅｎｕｃｅｕｓ）、スタフィロコッカス・バージニアル（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｖｉｒｇｉｎｉａｌ）、ストレプトマイセス・オリボクロモゲネス、ストレプトコッカス・ベネザリエ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｖｅｎｅｚａｅｌｉｅ）、ストレプトコッカス・ウェドモレンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｗｅｄｍｏｒｅｎｓｉｓ）、ストレプトコッカス・グリセオラス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｇｒｉｓｅｏｌｕｓ）、ストレプトコッカス・グラウセセンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｇｌａｕｃｅｓｃｅｎｓ）、ストレプトコッカス・バイキニエンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｉｋｉｎｉｅｎｓｉｓ）、ストレプトコッカス・ルビジノサス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｒｕｂｉｇｉｎｏｓｕｓ）、ストレプトコッカス・アチナタス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ａｃｈｉｎａｔｕｓ）、ストレプトコッカス・シンナモネンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｃｉｎｎａｍｏｎｅｎｓｉｓ）、ストレプトコッカス・フラジアエ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｒａｄｉａｅ）、ストレプトコッカス・アルバス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ａｌｂｕｓ）、ストレプトコッカス・グリセウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｇｒｉｓｅｕｓ）、ストレプトコッカス・ヒベンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｈｉｖｅｎｓ）、ストレプトコッカス・マテンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍａｔｅｎｓｉｓ）、ストレプトコッカス・マリナス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｒｉｎｕｓ）、ストレプトコッカス・ニベンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｎｉｖｅｎｓ）、ストレプトコッカス・プラテンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｌａｔｅｎｓｉｓ）、ストレプトスポランギウム・アルバム（Ｓｔｒｅｐｔｏｓｐｏｒａｎｇｉｕｍ  ａｌｂｕｍ）、ストレプトスポランギウム・オウルガレ（Ｓｔｒｅｐｔｏｓｐｏｒａｎｇｉｕｍ  ｏｕｌｇａｒｅ）、サーモポリスポラ種、サーマス種、キサントモナス種およびザイノモナス・モビリス（Ｚｙｍｏｎｏｎａｓ  ｍｏｂｉｌｉｓ）。
【０１３７】
グルコースイソメラーゼは、溶液中で遊離させて、または支持体上に固定化して使用することができる。細胞全体または無細胞酵素は固定化することができる。支持体構造は任意の不溶性材料とすることができる。支持体構造はカチオン性、アニオン性または中性材料、例えばジエチルアミノエチルセルロース、金属酸化物、金属塩化物、金属炭酸塩およびポリスチレンとすることができる。固定化は任意の好適な手段により達成することができる。例えば、固定化は支持体および細胞全体または酵素を水などの溶媒中で接触させ、その後、溶媒を除去することにより達成することができる。溶媒は、任意の好適な手段、例えば濾過または蒸発もしくは噴霧乾燥により除去され得る。別の例として、細胞全体または酵素を支持体と共に噴霧乾燥することは有効であり得る。グルコースイソメラーゼはプロセス中に酵素を生成する生細胞中に存在することができる。
【０１３８】
二重糖化の例
２つの実験、実験Ａおよび実験Ｂを実施した。各実験は２つの糖化、第１の糖化および第２の糖化（第１の糖化からのバイオマスの再糖化）を含んだ。第１の糖化に対するいくつかのいくつかの重要な条件および結果を表１に示す。
【０１３９】
第１の糖化では、加熱ジャケットおよびジェットミキサーが取り付けられた１４Ｌの容器を１０ＬのＤＩ水で満たした。水を、ジェットミキサーを使用して混合しながら、５０℃まで加熱した。容器に３５Ｍｒａｄの電子ビーム照射で照射した微粒子状トウモロコシ穂軸１４−４０（Ｂｅｓｔ  Ｃｏｂ  ＬＬＣ）を入れた。トウモロコシ穂軸ローディングを表１に示すが、実験ＡとＢでは異なった（３００ｇ／Ｌ対２００ｇ／Ｌ）。混合物にはまた、Ａｃｃｅｌｅｒａｓｅ  Ｄｕｅｔ（商標）（Ｇｅｎｅｎｃｏｒ）セルラーゼ酵素を入れた。各実験の酵素量を表１で示す。混合を２日間、およそ４０００ｒｐｍで温度を約５０℃に維持しながら続けさせた。
【０１４０】
【表１】
2019141057.tif 000003
【０１４１】
第２の糖化（第１の糖化からのバイオマスの再糖化）を実験ＡおよびＢの各々に対し、本明細書で記載されるように実施した。以上で記載される最初の糖化を完了した後、ミキサおよびヒーターを切り、固体を容器の底に沈降させた。糖化液をデカントして除去し、糖含量に対し分析した（表１に記録）。追加の水を固体に添加し、ここで、その量は固体の量に対して正規化し、第１の糖化で使用した水／固体比に等しくした。固体の量に対し正規化した追加の酵素もまた添加した。糖化条件は第１の糖化の条件と同じであり、ここで、混合は約４０００ｒｐｍで設定し、加熱は５０℃で設定した。
【０１４２】
第２の糖化後、実験Ａでは、６９．１％糖類の総％変換が得られ、実験Ｂでは、６４．６％糖類の総％変換が得られた。よって、第２の糖化中、さらに約１０−１３％の糖類が、トウモロコシ穂軸から抽出された。トウモロコシ穂軸から入手可能な糖類の総量は、糖決定のためのＮＲＥＬ方法により前に決定されたように約７０％である。
【０１４３】
本明細書における実施例以外、あるいは他に明確に特定されない限り、明細書の下記部分および添付の特許請求の範囲における、数値範囲、量、値およびパーセンテージのすべて、例えば、材料の量、要素含量、反応時間および温度、量の比、などに対するものは、「約」という用語が値、量または範囲と共に明確に出現していなくても、「約」という用語が前置きされているかのように読むことができる。したがって、反対のことが示されない限り、下記明細書および添付の特許請求の範囲において明記される数値パラメータは、近似値であり、これは、本発明により得られることが求められる所望の特性によって変動し得る。最低限でも、特許請求の範囲の等価物の教義の適用を制限しようとするものではなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効桁の数を考慮して、および普通の四捨五入技術を適用することにより解釈されるべきである。
【０１４４】
発明の広い範囲を説明する数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、具体例で明記される数値は可能な限り正確に報告されている。しかしながら、任意の数値は、その基本的な個々の試験測定値において見られる標準偏差から必然的に生じる誤差を、本質的に含む。さらに、数値範囲が本明細書で明記される場合、これらの範囲は列挙された範囲終点を含む（例えば、終点が使用され得る）。重量パーセンテージが本明細書で使用される場合、報告された数値は総重量に対するものである。
【０１４５】
また、本明細書で列挙された任意の数値範囲は、その中に包含される全てのサブ範囲を含むことが意図されることが理解されるべきである。例えば、「１〜１０」の範囲は、列挙された１の最小値および列挙された０の最大値の間（これらを含む）の、すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有する、全てのサブ範囲を含むことが意図される。「１つ（ｏｎｅ、ａ、ａｎ）」という用語は、本明細書では、別記されない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を含むことが意図される。
【０１４６】
参照により本明細書に組み込まれると言われた、任意の特許、刊行物、または他の開示材料は、全体として、または一部、組み込まれた材料が既存の定義、声明、またはこの開示で明記された他の開示材料と矛盾しない程度までのみ、本明細書に組み込まれる。そのようなものとして、必要な程度まで、本明細書で明確に明記された開示は参照により本明細書に組み込まれる任意の矛盾する材料に優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われたが、既存の定義、声明、または本明細書で明記された他の開示材料と矛盾する、任意の材料、またはその一部は、組み込まれた材料と既存の開示材料の間で矛盾が生じない程度まで組み込まれるにすぎない。
【０１４７】
この発明について、その好ましい実施形態を参照して特定的に図示し、記載してきたが、当業者であれば、形態および細部における様々な変更が、その中で、添付の特許請求の範囲により含まれる発明の範囲から逸脱せずに可能であることが理解されるであろう。
【０１４８】
本発明は以下の発明も含む。
（１）
下記を含む方法：
固体糖化バイオマスを液体培地から分離すること、および
前記固体糖化バイオマスを糖化すること。
（２）
前記液体培地は酵素および糖類を含む、（１）に記載の方法。
（３）
前記固体糖化バイオマスは前記液体培地により湿潤化される、（１）または（２）に記載の方法。
（４）
前記固体糖化バイオマスおよび液体培地は、固体バイオマスを液体中で糖化させることにより生成される、（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）
前記バイオマスは照射、超音波処理、酸化、熱分解、蒸気爆発およびそれらの組み合わせからなる群より選択される方法により処理されている、（４）に記載の方法。
（６）
前記バイオマスは、照射により処理されている、（４）に記載の方法。
（７）
前記バイオマスは約１０〜２００Ｍｒａｄの総線量を受ける、（６）に記載の方法。
（８）
前記固体糖化バイオマスおよび液体培地は、遠心分離機、濾過装置、沈降槽、多孔性材料、メッシュ、ストレーナー、振動スクリーナー、有孔板またはシリンダ、ふるい分け装置およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるセパレータにより分離される、（１）〜（７）のいずれかに記載の方法。
（９）
利用可能な糖または糖類の少なくとも７０％が前記固体バイオマスから糖化される、（４）〜（８）のいずれか１項に記載の方法。
（１０）
利用可能な糖または糖類の少なくとも９５％が前記固体バイオマスから糖化される、（４）〜（９）のいずれかに記載の方法。
（１１）
前記バイオマスはセルロースまたはリグノセルロースバイオマスである、（４）〜（１０）のいずれかに記載の方法。
（１２）
前記バイオマスは、紙、紙製品、紙廃棄物、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、下水、サイレージ、草、わら、麦わら、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、トウモロコシ穂軸、コーン・ストーバー、アルファルファ、干し草、ココナツの毛、海藻、藻類、およびそれらの混合物からなる群より選択される、（１１）に記載の方法。
（１３）
糖化は少なくとも１つのジェットミキサーを使用して実施される、（４）〜（１２）のいずれかに記載の方法。
（１４）
下記を含む方法：
固体バイオマスを液体中で糖化すること；
固体糖化バイオマスを前記液体から分離すること；
前記液体を前記分離した糖化バイオマスから除去すること、ならびに
液体および糖化剤を分離した糖化バイオマスに添加すること。
（１５）
前記バイオマス材料の糖化は、前記固体バイオマス材料を液体中で、ミキサを使用して混合しながら実施される、（１４）に記載の方法。
（１６）
混合は少なくとも１つのジェットミキサーを使用して実施される、（１５）に記載の方法。
（１７）
分離は前記ミキサを止めた後に実施される、（１５）または（１６）に記載の方法。
（１８）
分離は前記固体糖化バイオマスを沈降させ、および前記液体を前記固体からデカントすることにより実施される、（１５）〜（１７）のいずれかに記載の方法。
（１９）
分離は、連続遠心分離機を使用することにより実施される、（１４）〜（１７）のいずれかに記載の方法。
（２０）
セルロース材料を加工処理する方法であって、
第１の糖化槽および第２の糖化槽内でバイオマス材料を糖化すること
を含み、
前記第１の糖化槽は、前記第２の糖化槽と流体連結され、前記第２の糖化槽の内容物は前記第１の糖化槽の内容物よりも高い糖濃度を有する、
方法。
（２１）
前記第１の糖化槽は、前記第２の糖化槽と連続流体連結される、（２０）に記載の方法。
（２２）
さらに、酵素、例えばバイオマスを消化して糖類にするものを、前記第１の糖化槽に糖化中に添加することを含む、（２０）または（２１）に記載の方法。
（２３）
前記バイオマスは、前記第２の槽に、糖化中に添加される、（２０）〜（２２）のいずれかに記載の方法。
（２４）
前記流体連結は前記第１の糖化槽と前記第２の糖化槽の間の流体流路により提供される、（２０）〜（２３）のいずれかに記載の方法。
（２５）
第１のセパレータは、前記流体流路に沿って配置される、（２４）に記載の方法。
（２６）
第２のセパレータは、前記流体流路に沿って配置される、（２５）に記載の方法。
（２７）
前記バイオマス材料より低い炭水化物レベルを有する使用済みのバイオマスは、例えば、エネルギー生成のために、前記第１のセパレータ上で収集され、一方、残りの第１の上清糖溶液は前記セパレータを通って前記第２の槽に流れ込む、（２５）に記載の方法。
（２８）
第２の上清糖溶液は前記第２のセパレータを通過した後収集され、前記第２のセパレータにより濾過して除去されたバイオマスは前記第１の糖化槽に添加される、（２６）に記載の方法。
（２９）
前記第１の糖化槽中の糖類の濃度は約５０ｇ／Ｌ未満であり、前記第２の糖化槽中の糖類の濃度は約５０ｇ／Ｌ超である、（２０）〜（２８）のいずれかに記載の方法。
（３０）
前記第１および第２の糖化槽内の温度は約４５℃超である、（２０）〜（２９）のいずれかに記載の方法。
（３１）
さらに、前記バイオマス材料を機械的に処理することを含む、（２０）〜（３０）のいずれかに記載の方法。
（３２）
前記バイオマス材料はセルロースまたはリグノセルロース材料を含む、（２０）〜（３１）のいずれかに記載の方法。
（３３）
前記材料は、紙、紙製品、紙廃棄物、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、下水、サイレージ、草、わら、麦わら、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、トウモロコシ穂軸、コーン・ストーバー、アルファルファ、干し草、ココナツの毛、海藻、藻類、およびそれらの混合物からなる群より選択される、（３２）に記載の方法。
（３４）
さらに、放射線、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆発およびそれらの組み合わせからなる群より選択される方法により、前記セルロースまたはリグノセルロース材料を処理して、その不応性を天然材料の不応性に比べて低減させることを含む、（３２）に記載の方法。
（３５）
前記材料は、電子ビーム照射により処理される、（３４）に記載の方法。
（３６）
照射の総線量は約１０Ｍｒａｄ〜２００Ｍｒａｄである、（３５）に記載の方法。
（３７）
前記第１および第２の槽は、グルコースおよびキシロースを含む糖類を含む、（２０）〜（３６）のいずれかに記載の方法。
（３８）
前記第１および第２の槽は糖類を含み、さらに前記糖類を生成物に変換することを含む、（２０）〜（３６）のいずれかに記載の方法。
（３９）
変換は生物、酵素または触媒を使用することを含む、（３８）に記載の方法。
（４０）
セルロース材料を加工処理する方法であって、
酵素および液体を第１の糖化槽に添加することと、バイオマス材料を第２の糖化槽に添加することとを含み、
前記第１の糖化槽は、前記第２の糖化槽と流体連結され、ならびに
前記第２の糖化槽の内容物は、前記第１の糖化槽の内容物よりも高い糖濃度を有する、方法。
（４１）
バイオマスを糖化するためのシステムであって、
第２の糖化バイオマスを含む第２の糖化槽と流体連結された、第１の糖化バイオマスを含む第１の糖化槽
を含み、
前記第１の糖化バイオマスは、前記第２の糖化バイオマスより低い糖類濃度を有する、システム。
（４２）
前記第１の糖化槽は前記第２の糖化槽と一定流体連結される、（４１）に記載のシステム。
（４３）
さらに、前記第１の糖化槽と第２の糖化槽の間に流体流路に沿って配置された第１のセパレータであって、前記流体流路は前記第１の槽と第２の槽の間の流体連結を提供する、第１のセパレータ、および前記第１の糖化槽と第２の糖化槽の間に流体流路に沿って配置された第２のセパレータを含む、（４１）または（４２）に記載のシステム。
（４４）
前記セパレータは、メッシュ、スクリーン、振動スクリーナー、ストレーナー、遠心分離機、フィルタ、沈降槽およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、（４１）〜（４３）のいずれかに記載のシステム。
（４５）
バイオマスを糖化するためのシステムであって、
第１の糖化槽および第２の糖化槽と、
前記第１の槽から前記第２の槽までの第１の流体連結を提供する第１の流体流路、および前記第１の槽と第２の槽の間の流体連結から加工処理されたバイオマスを除去するために、前記第１の流体流路内に配置された第１のセパレータと、
前記第２の槽から前記第１の槽までの第２の流体連結を提供する第２の流体流路、および前記第１の槽と第２の槽の間の流体連結から糖化上清を除去するために、前記第２の流体流路内に配置された第２のセパレータと、
前記第２のセパレータが糖化上清を除去するのとほぼ同じ速度で、液体原料を前記第１の槽に添加するように構成された第１の送達装置と、
前記第１のセパレータが加工処理されたバイオマスを除去するのとほぼ同じ速度で、バイオマス原料を前記第２の槽に添加するように構成された第２の送達装置と
を含む、システム。
（４６）
前記第１の流体流路および第２の流体流路は、前記第１の糖化槽と第２の糖化槽の間で一定流量の流体を提供する、（４５）に記載のシステム。
（４７）
前記第１および第２のセパレータは独立して、メッシュ、スクリーン、振動スクリーナー、ストレーナー、遠心分離機、フィルタ、沈降槽およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、（４５）または（４７）に記載のシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2019141057.tif 000011
【図６Ｃ】
2019141057.tif 000012
【図７】
2019141057.tif 000013
【図８】
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【図９】
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