(57)【要約】      （修正有）【課題】遺伝子組み換え植物などの野生型について組換えされた植物を含むセルロース及び／又はリグノセルロースなど供給原料材料の使用、並びに、そこから作られる中間体及び生成物の提供。【解決手段】植物の野生型について改変された前記植物から少なくとも部分的に得られた供給原料の物理的処理を含む、生成物の製造方法。前記供給原料は、リグノセルロース又はセルロース材料を含み、前記植物は、遺伝子組換えされており組換えＤＮＡを含む。【選択図】図１
2019047816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生成物の調整方法であって、
野生型種の植物と比して、発酵を促進し、かつ、ステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、ビタミン、タンパク質またはそれらの混合物から成る群から選択される栄養素を生成するように遺伝子的に改変された遺伝子組換え植物に少なくとも部分的に由来する糖化供給原料を提供するステップであって、前記糖化供給原料が電子ビーム装置によって予め照射されていることを特徴とするステップと；および
微生物と遺伝子的に改変された前記糖化供給原料を接触させることによって、前記糖化供給原料を発酵させるステップであって、前記糖化供給原料は、前記微生物によって発酵を促進する、ステップを
包含する、調製方法。
【請求項２】
前記糖化供給原料は、リグノセルロース系材料またはセルロース系材料を包含する、請求項１に記載の調製方法。
【請求項３】
前記発酵の促進により、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、タンパク質、ビタミンおよびそれらの混合物から成る群から選択される栄養素を生成する、請求項１または請求項２に記載の調製方法。
【請求項４】
前記遺伝子組換え植物は、組換え型DNAを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項５】
前記遺伝子組換え植物は、１種以上の組換え型遺伝子を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項６】
前記遺伝子組換え植物は、組換えタンパク質を発現する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項７】
前記遺伝子組換え植物は、１種以上の組換え材料を発現する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項８】
前記遺伝子組換え材料は、ポリマーまたは巨大分子である、請求項７に記載の調製方法。
【請求項９】
前記調整方法が、前記糖化供給原料から、医薬品、栄養補助食品、タンパク質類、脂肪類、ビタミン類、油類、食物繊維、ミネラル、糖、炭水化物、およびアルコールから成る群から選択される材料を獲得するステップをさらに包含する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１０】
酵素を用いて前記糖化供給原料を処理して生成物を調製するステップをさらに包含する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１１】
前記生成物には、糖が含まれる、請求項１０に記載の調製方法。
【請求項１２】
照射された前記糖化供給原料を動物飼料として利用するステップを包含する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１３】
前記糖化供給原料には、作物残渣が含まれる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１４】
前記糖化供給原料には、トウモロコシの穂軸及び／又はトウモロコシ茎葉が含まれる、請求項１３に記載の調製方法。
【請求項１５】
前記糖化供給原料には、麦わらが含まれる、請求項１３に記載の調整方法。
【請求項１６】
前記遺伝子組換え植物には、遺伝子組換えされたトウモロコシまたは大豆植物が含まれる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１７】
前記遺伝子組換え植物は、昆虫、真菌性の病気、及び他の害虫及び病気を引き起こす薬剤への耐性の強化；除草剤に対する強化された耐性；干ばつに対する強化された耐性；拡張された温度範囲；貧しい土壌への強化された耐性；強化された安定性又は貯蔵寿命；より豊富な収量；より大きな果実の大きさ；より強い茎；粉砕への強化された耐性；短縮された作物の成熟までの時間；より均一な発芽回数；より高い又は改変されたデンプンの生産；強化された栄養素の生産；改変されたリグニン含有量；強化されたセルロース、ヘミセルロース及び／又はリグニン分解；低減された不応性及び強化されたフィチン酸塩代謝から成る群から選択された改変によって更に改変されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１８】
前記遺伝子組換え植物は、アルファルファ、ジャガイモ、トウモロコシ、小麦、ビート、綿、菜種、コメ又はサトウキビ植物である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項１９】
野生型種の植物と比して、発酵を促進し、かつ、ステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、ビタミン、タンパク質またはそれらの混合物から成る群から選択される栄養素を生成するように遺伝子的に改変された遺伝子組換え植物に少なくとも部分的に由来する糖化供給原料から生成された糖を含有する製品であって、前記糖化供給原料が電子ビーム装置によって予め照射されており、かつ前記糖化供給原料を微生物に接触させることにより糖化供給原料が予め発酵しており、糖化した前記遺伝子組換え植物は、前記微生物によって発酵を促進することを特徴とする、製品。
【請求項２０】
野生型種の植物と比して、発酵を促進し、かつ、ステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、ビタミン、タンパク質またはそれらの混合物から成る群から選択される栄養素を生成するように遺伝子的に改変された遺伝子組換え植物に少なくとも部分的に由来する糖化供給原料を、電子ビーム装置用いて予め照射処理した製品であって、
照射処理された前記糖化供給原料が、微生物によって発酵を促進する、製品。
【請求項２１】
微生物および／または酵素をさらに包含する、請求項２０に記載の製品。
【請求項２２】
液体媒体をさらに包含する、請求項２０または請求項２１に記載の製品。
【請求項２３】
ステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、ビタミン、タンパク質またはそれらの混合物から成る群から選択される栄養素を生成するように遺伝子的に改変された遺伝子組換え植物に少なくとも部分的に由来するセルロース系またはリグノセルロース系糖化供給原料を包含する製品であって、前記セルロース系またはリグノセルロース系糖化供給原料が、微生物によって発酵を促進することを特徴とする、製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本発明は、２０１４年２月１４日に出願された米国仮出願番号第６１／４４２，７８１号明細書の利益を主張する。本仮出願の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
背景
セルロース及びリグノセルロース材料は、多数の用途で、大量に製造され、処理され、且つ、使用される。多くの場合そのような材料は、一度使用された後、廃棄物として廃棄されるか、又は単に、例えば、バガス、おがくず、及び茎葉などの廃棄物であると考えられている。いくつかの場合において、セルロース及びリグノセルロース材料は、植物を成長させ収穫することによって得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
概要
一般に、本発明は、例えば、遺伝子組み換え植物などの野生型について組換えされた植物を含むセルロース及び／又はリグノセルロースなど供給原料材料の使用、並びに、そこから作られる中間体及び生成物に関する。本明細書中に記載される多くの方法は、例えば、エネルギー、燃料、食べ物又は材料などの有用な中間体及び生成物を製造するために、様々な微生物により、比較的容易に利用できる材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、本発明は、例えば、植物が遺伝子組換えされているなどの、植物の野生型品種に対して組換えされている植物から、少なくとも部分的に取得した、セルロース、リグノセルロース及び／又はデンプン質供給原料の物理的処理を含む、生成物を製造するための方法を特徴とする。いくつかの実施形態において、植物全体を使用することができる。特定の実施形態において、植物の一部を使用することができる。
【０００５】
いくつかの実施態様は、以下の特徴のうちの一つ以上を含む。供給原料は、組換えＤＮＡ及び／又は組み換え遺伝子を有する植物を含み得る。組換えされた植物は、例えば、タンパク質、ポリマー及び／又は巨大分子を表し得る。方法は更に、医薬品、栄養補助食品、タンパク質、脂肪、ビタミン類、油類、遷移、ミネラル類、糖類、炭水化物及びアルコールなどの供給原料材料を得ることを含む。供給原料材料は、例えば、トウモロコシの穂軸及び／又はトウモロコシ茎葉、麦わら、又は、遺伝子組換えされたトウモロコシ、小麦又は大豆植物などの作物残渣を含むことができる。方法は更に、有機体及び／又は酵素を用いて供給原料を処理すること、場合によっては、例えば溶液又は懸濁液の形態で、糖を製造することを含む。任意に、糖は、発酵させることができる。物理的処理は、供給原料の照射を含むことができる。いくつかの実施態様において、照射された原料は、例えば、動物飼料などとして、食用材料として利用することができる。所望の場合、セルラーゼなどの酵素は、例えば、栄養価の放出を増加させるために、可食性材料へ添加することができる。
【０００６】
場合によっては、一つ以上の電子ビーム装置を用いて、照射を実行することができる。いくつかの場合において、照射は、供給原料への約５Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄの放射線の総量の適用を含む。照射は、更なる処理、及び又は、使用前の貯蔵の前に、材料を滅菌することができる。好ましい実施態様において、照射は、原料の不応性を低減する。
【０００７】
例えば、昆虫、真菌性の病気、及びその他の害虫及び病気の原因となる薬剤に対する強化された耐性；除草剤に対する強化された耐性；干ばつに対する強化された耐性；拡張された温度範囲；貧しい土壌への強化された耐性；強化された安定性又は貯蔵寿命；より豊富な収量；より大きな果実の大きさ；より強い茎；粉砕への強化された耐性；短縮された作物の成熟までの時間；より均一な発芽回数；より高い又は改変されたデンプンの生産；強化されたステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキアルカノエート、アミノ酸、ビタミン及び／又はタンパク質生産などの強化された栄養素の生産；改変されたリグニン含有量；強化されたセルロース、ヘミセルロース及び／又はリグニン分解；定性的検出を可能にする表現型マーカーを含む；低減された不応性及び強化されたフィチン酸塩の代謝を含む、改変により植物は改変され得る。植物は、例えば、遺伝子組換えアルファルファ、ジャガイモ、ビート、トウモロコシ、小麦、綿、菜種、イネ、又は、サトウキビ植物であり得る。供給原料は、例えば、供給植物がトウモロコシ穂軸及び／又はトウモロコシ茎葉を含み得るように、組換え植物由来の作物残渣を含み得る。植物は、例えば、遺伝子組換えトウモロコシ又は大豆植物又は、任意の栽培されている遺伝子組換え植物であり得る。
【０００８】
別の態様において、本発明は、例えば、少なくとも部分的に植物が遺伝子組換えされているなど、植物の野生型について組換えされた植物から得られた供給原料由来の糖を含む生成物を特徴とする。
【０００９】
更なる態様において、本発明は、少なくとも部分的に植物の野生型品種に関して組換された植物から得られた、照射されたセルロース又はリグノセルロース供給原料を含む生成物を特徴とする。生成物は、更に、微生物及び／又は酵素、場合によっては液体媒体を含み得る。
【００１０】
いかなる理論にも束縛されることなく、組換え植物の使用は、非組換え野生型よりも有利であり得ると考えられている。例えば、昆虫、真菌性の病気、及びその他の害虫や病気の原因となる薬剤に対する強化された耐性；除草剤に対する強化された耐性；干ばつへの強化された耐性；拡張された温度範囲；貧しい土壌への強化された耐性：より大きな果実の大きさ；より強い茎；粉砕に対する強化された耐性；作物の成熟までの短縮された時間；より均一な発芽回数；より高い収率及びより多様な供給原料源の供給が可能となり；両方のバイオマス供給原料コストを下げることができる。別の実施例において、強化された安定性又は貯蔵寿命は、バイオマス供給の質に有利であり得る。別の実施例として、強化されたステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、ビタミン及び／又はタンパク質生産など強化された栄養素の生産は、発酵などのプロセス又は、動物飼料などの生成物を改善し得る、高い栄養品質を備えた生成物又は中間体を提供することができる。更に、例えば、より高い又は改変されたデンプン生産、改変されたリグニン含有量、及び／又は、強化されたセルロース、ヘミセルロース及び／又はリグニンの分解は、簡単に処理を可能にする供給原料の不応性を低減することができる。
【００１１】
本明細書で使用する用語「植物」は、農作物、樹木、草及び藻類を含むがそれらに限定されない、植物界の様々な光合成性、真核性、多細胞生物を指す。
【００１２】
本明細書で使用する、供給原料の「構造的な改変」は、化学結合配列、結晶構造、又は供給原料の立体構造を含む、任意の方法により供給原料の分子構造を変えることを意味する。変化は、例えば、構造内の微小破砕などによる、結晶構造の完全性の変化であり得、これは、材料の結晶性の回折測定によって反映されない場合がある。材料の構造的完全性におけるこのような変化は、構造改質処理のさまざまなレベルでの生成物の収率を測定することによって間接的に測定することができる。更に、又は、或いは、分子構造の変化は、材料の超分子構造の変化、材料の酸化、平均分子量の変化、平均結晶化度の変化、表面積の変化、重合度の変化、気孔率の変化、分枝度の変化、他の材料への接ぎ木、結晶性ドメインサイズの変更、又は全体のドメインサイズの変更を含むことができる。
【００１３】
特に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本明細書で、本発明が属する当業者によって理解されるのと同じ意味を有する。方法及び本明細書に記載のものと類似又は同などの材料を、本発明の実施又は試験において使用することができるが、適切な方法及び材料を以下に記載する。本明細書に記載の全ての刊行物、特許出願、特許及び他の参考文献は、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる。材料、方法及び実施例は、例示に過ぎず、限定するものを意図するものではない。他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及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】
【００１４】
【図１】図１は、生成物及び共生成物への供給原料の変換を示す、ブロック図である。
【図２】図２は、供給原料の処理及び、発酵プロセスにおいて処理された供給原料の使用を示す、ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
例えば、遺伝子組換え又は他の種類の改変により、野生型品種について改変された植物から得られた供給原料は、本明細書に記載のものなどの、有用な中間体及び生成物を製造するために処理することができる。システム及びプロセスは、容易に入手可能である例えばセルロース及び／又はリグノセルロース材料などの供給原料材料として使用することが可能であるが、発酵などのプロセスによって処理することが困難であり得るものとして、本明細書中で記載されている。本明細書に記載の多くのプロセスは、効果的に供給原料の不応性レベルを下げることができ、バイオ処理（例えば、ホモアセトゲン（ｈｏｍｏａｃｅｔｏｇｅｎ）又はヘテロアセトゲン（ｈｅｔｅｒｏａｃｅｔｏｇｅｎ）などの本明細書に記載の任意の微生物、及び／又は、本明細書に記載の任意の酵素）、熱処理（例えば、気化又は熱分解）又は、化学的方法（例えば、酸加水分解又は酸化）により、容易に処理することを可能にする。供給原料は、機械的処理、化学処理、放射線、超音波処理、酸化、熱分解又は水蒸気爆砕などの本明細書に記載の一つ以上の任意の方法を使用して、処理又は加工することができる。様々な処理システム及び方法を、これらの技術又は本明細書及び別の場所に記載の別の方法のうちの、二つ、三つ又は四つ以上と組み合わせて、使用することができる。
【００１６】
不応性を低減することに加えて、上記で概説した方法はまた、リグノセルロース又はセルロース供給原料を殺菌することができる。これは、例えば、更にプロセスへの有害な影響を有している、及び／又は、途中で材料を劣化させ得る、細菌、酵母、昆虫及び／又は真菌などに供給原料が感染し得ることから、有利であり得る。
【００１７】
セルロース及びリグノセルロース供給原料材料などの供給原料材料は、野生型について改変された植物から得ることができる。そのような改変は、例えば、本明細書に記載の任意の特許又は特許出願に記載の任意の方法によるものであり得る。他の実施例として、植物は、植物における所望の特性を得るための、選定及び育種の手順を繰り返すことにより改変し得る。更に、植物は、野生型の品種について、遺伝的材料を除去、改変、発現停止、及び／又は追加させることができる。例えば、遺伝子組換え植物は、遺伝子改変が親品種からの特定の遺伝子を導入又は改変することを含む組換えＤＮＡ法、又は、例えば、特定の遺伝子（単数又は複数）を、異なる種類の植物からの植物及び／又は細菌へ導入するトランスジェニック育種を用いて、生成することができる。遺伝的変異を作成する別の方法は、新規な対立遺伝子が人為的に内因性遺伝子から作成される、突然変異育種によって行われる。人工遺伝子は、例えば、化学的突然変異誘発物質（例えば、アルキル化剤、エポキシド、アルカロイド、過酸化物、ホルムアルデヒドを用いる）、照射（例えば、Ｘ線、ガンマ線、中性子線、β粒子、α粒子、陽子、重陽子、ＵＶ放射）、及び温度衝撃又は他の外部ストレレス及びその後の選択技術などにより、植物又は種子を処理することを含む、様々な方法によって作成することができる。組換え遺伝子を提供する他の方法は、エラープローンＰＣＲ及びＤＮＡシャッフリングの後に、所望の組換えＤＮＡを所望の植物又は種子へ挿入することによる。種子又は植物へ所望の遺伝的変異を導入する方法は、例えば、細菌担体、微粒子銃、リン酸カルシウム沈殿、エレクトロポーション、遺伝子スプライシング、遺伝子サイレンシング、リポフェクション、マイクロインジェクション及びウィルスキャリアの使用を含む。
【００１８】
供給原料は、キャノーラ、ハマナ、ココナッツ、トウモロコシ、マスタード、トウゴマ、ゴマ、綿実、亜麻仁、大豆、シロイヌナズナインゲンマメ、ピーナッツ、アルファルファ、小麦、米、オート麦、モロコシ、菜種、ライ麦、トリトルデウム（ｔｒｉｔｏｒｄｅｕｍ）、キビ、フェスク、ライ麦、サトウキビ草、クランベリー、パパイヤ、バナナ、ベニバナ、油ヤシ、亜麻、マスクメロン、リンゴ、キュウリ、デンドロビウム、グラジオラス、菊、ユリ、綿、ユーカリ、ヒマワリ、コマツナ、アブラナ、芝草、スイッチグラス、コード草、テンサイ、コーヒー、ヤマイモ、アカシア、アプリコット、アーティチョーク、ルッコラ、アスパラガス、アボカド、大麦、豆、ビート、ブラックベリー、ブルーベリー、ブロッコリー、芽キャベツ、キャベツ、メロン、ニンジン、キャッサバ、カリフラワー、セロリ、チェリー、コリアンダー、クレメンタイン、トウモロコシ、綿、ダグラスモミ、竹、海草、藻類、ナス、エンダイブ、キクヂシャ、フェンネル、イチジク、林木、ひょうたん、ブドウ、グレープフルーツ、ハニーデュー、クズイモ、キウイフルーツ、レタス、ネギ、レモン、ライム、テーダマツ、マンゴー、メロン、きのこ、ナッツ、オート麦、オクラ、タマネギ、オレンジ、パセリ、エンドウ、桃、梨、ピーマン、柿、松、パイナップル、オオバコ、プラム、ザクロ、ポプラ、ジャガイモ、イネ、カボチャ、マルメロ、ラジアータ松、赤チコリ、ラディッシュ、ラズベリー、ライ麦、サウザンパイン、大豆、ほうれん草、カボチャ、イチゴ、サツマイモ、スイートガム、ミカン、茶、タバコ、トマト、スイカ、小麦、山芋、ズッキーニ又はこれらの混合物を含むがそれらに限定されない。好ましくは、供給原料材料は、木材、農業廃棄物、スイッチグラス又はススキなどの草、籾殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、ワラ、トウモロコシの穂軸、トウモロコシ茎葉、乾草、ココナッツの毛、海草、藻類又はこれらの混合物などのヒトの消費に適していない植物材料由来である。
【００１９】
植物改変の利点は、例えば、昆虫、真菌性の病気、その他の害虫及び病気の原因となる薬剤に対する強化された耐性；除草剤に対する強化された耐性；干ばつに対する強化された耐性；拡張された温度範囲；貧しい土壌への強化された耐性；強化された安定性又は貯蔵寿命；より多い収量；より大きな果実の大きさ；より強い茎；粉砕に対する強化された耐性；作物の成熟までの短縮された時間；より均一な発芽時間；より高い又は改変されたデンプン生産；強化されたステロイド、ステロール、ホルモン、脂肪酸、グリセロール、ポリヒドロキシアルカノエート、アミノ酸、ビタミン及び／又はタンパク質生産などの強化された栄養素生産；強化されたセルロール、ヘミセルロース及び／又はリグニンの劣化；定性的検出（例えば、種皮色）を可能にする、表現型マーカーの包含；及び改変されたフィチン酸の含有量を含む。これらの改変された植物由来の任意の供給原料材料はまた、これらの多くの利点の恩恵を受けることができる。例えば、リグノセルロース材料などの供給原料材料は、優れた貯蔵寿命を有することができ、加工が容易であり、良好な土地−対−エネルギーの変換率を有し、及び／又は、リグノセルロース材料の処理において使用されている任意の微生物に対して、優れた栄養価を有する。更に、そのような植物由来の任意の供給原料材料は、より安価及び／又はより豊富であり得る。いくつかの場合において、改変された植物は、例えば、限界又は枯渇土壌において、より多様な気候及び／又は土壌の種類において、成長させることができる。
【００２０】
供給原料材料は、病気に対して強化された耐性を有する改変された植物から得ることができる。例えば、真菌性病原体疾病菌疾病の蔓延からの低減された症状を有するジャガイモは、米国特許第７，１２２，７１９号明細書において説明されている。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の収量、品質及貯蔵寿命を向上させることができることである。
【００２１】
供給原料材料は、例えば、米国特許第６，０２３，０１３号明細書に例示するような、σ−エンドトキシンの生成のための遺伝子をコードすることによって、寄生虫に対する強化された耐性を有する組換え植物から得ることができる。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の収量、品質及び貯蔵寿命を向上させることができることである。
【００２２】
供給原料材料は、除草剤に対する強化された耐性を有する組換え植物から得ることができる。例えば、アルファルファ植物Ｊ−１０１は、米国特許第７，５６６，８１７号明細書に記載のように、グリホサート系除草剤に対する強化された耐性を有する。更なる例として、米国特許第６，１０７，５４９号明細書に記載の組換え植物は、ピリジンファミリー除草剤に対する強化された耐性を有する。更に、米国特許第７，４９８，４２９号明細書に記載の組換え植物は、イミダゾリノンに対する強化された耐性を有する。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の収量、品質及び貯蔵寿命を向上させることができることである。
【００２３】
供給原料材料は、強化されたストレス抵抗性（例えば、水不足、寒さ、暑さ、塩、害虫、病気、又は栄養ストレス）を有する組換え植物から得ることができる。例えば、そのような植物は、米国特許第７，６７４，９５２号明細書に記載されている。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の収量及び品質を向上させることができることである。更に、そのような植物は、厳しい気候における限界又は枯渇土壌などの不利な条件で生育し得る。
【００２４】
供給原料材料は、より大きな果実などの改善された特性を有する組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，３３５，８１２号明細書に記載されている。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の収量及び品質を向上させることができることである。
【００２５】
供給原料材料は、低減されたさやの粉砕などの改善された特性を有する組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，６５９，４４８号明細書に記載されている。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の収量及び品質を向上させることができることである。
【００２６】
供給原料材料は、強化された又は改変されたデンプン含有量を有する組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第６，５３８，１７８号明細書に記載されている。そのような耐性の可能性のある利点は、供給原料材料の品質を向上させることができることである。
【００２７】
供給原料材料は、改変された油、脂肪酸又はグリコール生成を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，４０５，３４４号明細書に記載されている。脂肪酸及び油は、微生物のエネルギー収量代謝に優れた基質であり、例えば、燃料製造のための、供給原料の下流処理に対して、利点を提供し得る。脂肪酸及び油の変異形はまた、供給原料の下流処理中の種々の成分の粘度及び溶解度を変化させる点で、有利であり得る。費やされた供給原料は、動物飼料として使用するために良い栄養素混合を有し得るか、又は、燃焼のための直接的な燃料として有用な高いカロリー含有量を有し得る。
【００２８】
供給原料材料は、改変されたステロイド、ステロール及びホルモン含有量を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第６，８２２，１４２号明細書に記載されている。可能性のある利点は、これは、原料の処理に使用される微生物に対する良好な栄養混合を提供することができることである。処理後、費やされた供給原料は、動物飼料としての使用のために、優れた栄養混合を有し得る。
【００２９】
供給原料材料は、ポリヒドロキシアルカノエート生産能を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第６，１７５，０６１号明細書に記載されている。ポリヒドロキシアルカノエートは、有用なエネルギー及び微生物のための炭素の蓄えであり、下流の供給原料処理において用いられる微生物にとって有益であり得る。また、ポリヒドロキシアルカノエートは、生分解性であるため、保存された供給原料の熟成機関ノあと、恐らく植物材料における不応性を低減することによって、利点を与え得る。更に下流で使用された供給原料は、動物飼料として使用するためのより良い栄養素混合物を有し得るか、又は、燃焼のための直接的な燃料として有用な比較的高いカロリーを有し得る。
【００３０】
供給原料材料は、強化されたアミノ酸生産を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，６１５，６２１号明細書に記載されている。可能性のある利点は、これは、供給原料を処理する際に使用する微生物のための、優れた栄養混合を提供し得ることである。処理後、費やされた供給原料は、動物飼料のためのより優れた栄養混合を有し得る。
【００３１】
供給原料材料は、高いビタミン合成を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第６，８４１，７１７号明細書に記載されている。可能性のある利点は、これは、供給原料の処理において使用される微生物のためのより優れた栄養混合を提供し得ることである。処理後、費やされた供給原料は、動物飼料として使用するためのより優れた栄養混合を有し得ることである。
【００３２】
供給原料材料は、収穫後の植物中のリグニン及びセルロースを分解する組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，０４９，４８５号明細書に記載されている。供給原料材料はまた、改変されたリグニン含有量を備える組換え植物からも得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，７９９，９０６号明細書に記載されている。そのような植物の可能性のある利点は、同じ植物の野生型と比較して、低減された不応性である。
【００３３】
供給原料材料は、容易な定性的検出のための組換え表現型を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，４０２，７３１号明細書に記載されている。可能性のある利点は、バイオ燃料、建材及び動物飼料などの異なる生成物流のための、作物及び種子の管理のしやすさである。
【００３４】
供給原料材料は、低減されたフィチン酸の量を備える組換え植物から得ることができる。そのような植物は、米国特許第７，７１４，１８７号明細書に記載されている。可能性のある利点は、これは、供給原料の処理の際に使用される微生物のために、より優れた栄養混合を提供し得ることである。処理後、費やされた供給原料は、動物飼料として使用するためのより優れた栄養混合を有し得る。
【００３５】
そのような変異のための、組換え植物及び／又は植物材料及び方法は、この文書の終わりに（請求項の直前に）挙げられた、米国特許及び米国出願公開に記載され、そのそれぞれの全体の開示は、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【００３６】
供給原料を処理するためのシステム
図１は、供給原料、特に、組換え植物材料から少なくとも部分的に得られた供給原料を、有用な中間物質及び生成物へ変換するための、一つの特定のプロセスを示す。プロセス１０は、最初に、例えば、供給原料１１０のサイズを小さくするために、供給原料（１２）を機械的に処理することを含む。機械的に処理された供給原料を、次に、例えば、材料の結晶構造中の結合を弱めるか又は微小破砕することによって、その構造を改変するために、物理的処理（１４）によって処理する。次に、構造的に改変した材料を、いくつかの場合において、更に機械的処理（１６）へ供することができる。この機械的処理は、最初の機械的処理と同じから又は異なるものとすることができる。例えば、最初の処理はサイズ縮小（例えば、切断）工程の後にせん断工程とすることができ、一方、更なる処理は、研削又は粉砕工程とすることができる。
【００３７】
更なる構造変化（例えば、不応性の低減）が更なる処理の前に所望されている場合、材料は、次に、更なる構造改変処理及び機械的処理に供することができる。
【００３８】
次に、処理した材料を、中間体及び生成物（例えば、エネルギー、燃料、食品及び材料）を生成するために、例えば、糖化及び／又は発酵などの第一の処理工程１８を用いて処理することができる。いくつかの場合において、第一の処理工程の生産物が直接的に有用であるが、それ以外の場合には、後処理工程（２０）によって更にもたらされる処理を必要とする。例えば、アルコールの場合、後処理は、蒸留及び、場合によっては変性を含み得る。
【００３９】
本明細書に記載のように、プロセス１０の多くの変形形態を利用することができる。
【００４０】
図２は、供給原料を処理し、次に、処理した供給原料を、アルコールを生成するために発酵工程で使用するために、上述の工程を利用する一つの特定のシステムを示す。システム１００は、供給原料を最初に機械的に処理する（工程１２、上記）モジュール１０２、照射などにより機械的に処理された供給原料を構造的に改変するモジュール１０４、及び、構造的に改変された供給原料を更に機械的処理に供するモジュール１０６を含む。上述のように、モジュール１０６は、モジュール１０２と同じ型であるか、又は異なる型であり得る。いくつかの実施形態において、構造的に改変された供給原料を、更に、独立したモジュール１０６において機械的に処理するよりもむしろ、更に機械的に処理するために、モジュール１０２に戻すことができる。
【００４１】
本明細書に記載のように、システム１００の多くの変形形態を利用することができる。
【００４２】
所望の供給原料の特性を得るために、必要に応じて多数回繰り返すことができるこれらの処理の後に、処理された供給原料を、発酵システム１０８へ送る。混合は、発酵の間に実施され、そのような場合、酵素及びその他の微生物などのせん断に敏感な成分へのダメージを最小限にするように、混合は好ましくは比較的穏やかである。いくつかの実施形態において、米国特許出願第１２／７８２，６９４号明細書、第１３／２９３，９７７号明細書及び、第１３／２９３，９８５号明細書に記載のように、ジェット混合が使用され、それらの完全な開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。
【００４３】
図２を参照すると、発酵は、保持タンク１１０に流入する粗エタノールの混合物を生成する。水又は他の溶媒及び、他の非エタノール成分は、ストリッピングカラム１１２を使用して粗エタノール混合物から除去され、エタノールは次に、整流器などの蒸留ユニット１１４を用いて蒸留される。蒸留は、真空蒸留によるものであり得る。最終的に、エタノールを、必要に応じて、分子篩１１６及び／又は変性を用いて乾燥させることができ、所望の配送方法によって出力される。
【００４４】
いくつかの場合において、本明細書に記載のシステム又はその構成要素は、システムがある場所から別の場所へ輸送可能（例えば、鉄道、トラック又は船舶によって）なように、持ち運び可能であり得る。本明細書に記載の方法工程は、一つ以上の場所で行うことができ、場合によって、一つ以上の工程は、輸送中に行うことができる。そのような可動性処理は、米国特許出願第１２／３７２，５４９号明細書及び、国際出願第ＷＯ２００８／０１１５９８号明細書に記載され、それらの開示全体は、参照により本明細書中に組み込まれる。
【００４５】
本明細書に記載の方法工程のいくつか又は全ては、周辺温度で実施することができる。所望の場合、特定の工程の間に、冷却及び／又は加熱を用いることができる。例えば、供給原料を、脆性を増加させるために、機械的処理の間に冷却することができる。いくつかの実施形態において、冷却を、最初の機械的処理及び／又はその後の機械的処理の、前、間又は後に用いる。冷却は、米国特許出願第１２／５０２，６２９号明細書、現在は、米国特許第７，９００，８５７号明細書に記載のように実施することができ、それらの開示全体は、参照によって本明細書中に組み込まれる。更に、発酵システム１０８中の温度を、糖化及び／又は発酵を促進するために制御することができる。
【００４６】
上述の方法の各工程は、使用された材料だけではなく、更に詳細に説明する。
【００４７】
物理的処理
物理的処理プロセスは、機械的処理、化学的処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解又は水蒸気爆発などの、本明細書に記載の一つ以上の任意のプロセスを含むことができる。処理方法は、これらの技術（任意の方法で）の内の、二つ、三つ、四つ又は全てと組み合わせて使用することができる。一つ以上の処理方法を使用する場合、その方法は、同時に又は異なる時間に適用することができる。単独で、又は、本明細書に開示のプロセスと組み合わせて、供給原料の分子構造を変化させる他のプロセスも使用することができる。
【００４８】
機械的処理
いくつかの場合において、方法は、供給原料を機械的に処理することを含む。機械的処理は、例えば、切断、粉砕、圧搾、研削、せん断及び細切を含む。粉砕は、例えば、ボールミリング、ハンマーミリング、ローター／ステーター乾式又は湿式ミリング、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、ローラーミリング又は他の種類の粉砕を含む。他の機械的処理は、例えば、研削、クラッキング、機械的リッピング又はティアリング、ピン研削又は空気摩擦粉砕を含む。
【００４９】
機械的処理は、供給原料中のセルロース又はリグノセルロース材料を、「開放」、「応力付加」、破壊及び粉砕するために有利であり得、材料のセルロースを、鎖切断及び／又は結晶化の低減へ影響を受けやすくする。開いている材料は、照射されている場合に酸化の影響を受けやすくすることもできる。
【００５０】
いくつかの場合において、機械的処理は、例えば、切断、研削、せん断、粉砕又は細切などによって材料の小型化などの、受け取った供給原料の初期調製を含み得る。例えば、いくつかの場合において、脆い供給原料（例えば、再生紙、デンプン質の材料、又はスイッチグラス）は、せん断又は破砕によって調製される。
【００５１】
或いは又は更に、供給原料材料を、最初に、例えば、化学的処理、放射線、超音波処理、酸化、分解又は水蒸気爆発などの一つ以上の他の物理的方法により物理的に処理することができ、その後に、機械的に処理することができる。この順序は、照射又は熱分解などの一つ以上の他の方法により処理した材料はより脆くなる傾向にあるため有利であり得、従って、機械的処理により材料の分子構造を更に変更することが容易である。
【００５２】
いくつかの実施形態において、供給原料は繊維材料の形態であり、機械的処理は繊維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。供給原料を機械的に処理する他の方法は、例えば、粉砕又は研削を含む。粉砕は、例えば、ハンマーミル、ボールミル、コロイドミル、円錐又は錐ミル、ディスクミル、エッジミル、ワイリーミル、グリストミルを用いて実施することができる。研削は、例えば、石研削機、ピン研削機、コーヒー研削機、又は座金研削機を用いて実施することができる。研削は、例えば、ピンミルにおける場合のように、往復ピン又は他の構成要素によってもたらすことができる。他の機械的処理方法は、機械的リッピング又はティアリング、材料へ圧力を印加する他の方法及び空気摩擦粉砕を含む。適切な機械的処理は、更に、供給原料の分子構造を変化させる任意の他の技法を含む。
【００５３】
所望の場合、機械的に処理した材料を、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することができる。いくつかの実施形態において、せん断又は他の機械的処理及び、スクリーニングを同時に実施する。例えば、ロータリーナイフカッターを、供給原料を同時にせん断及びスクリーニングするために、使用することができる。供給原料は、スクリーンを通過するせん断材料を提供するために、静止ブレード及び回転ブレードの間でせん断され、ビンの中に取得される。
【００５４】
供給原料は、乾燥状態（例えば、その表面上にほとんど水を有していないか又は全く有していない）、水和状態（例えば、吸収された水の質量で、最大１０％を有する）、又は、水の重量で約１０％〜約７５％を有するなどの湿潤状態で、機械的に処理することができる。繊維源は、部分的に又は完全に水、エタノール又はイソプロパノールなどの液体下に沈んでいるが、機械的に処理することができる。
【００５５】
供給原料はまた、気体（空気以外の気体の蒸気又は大気）、例えば、酸素又は窒素又は蒸気下で機械的に処理することができる。
【００５６】
所望の場合、リグニンを、リグニンを含む任意の繊維材料から取り除くことができる。また、セルロースを含む材料の分解を補助するために、材料を、機械的処理又は熱照射、化学的（例えば、鉱酸、塩基又は次亜塩素酸ナトリウムのような強力な酸化剤）及び／又は酵素の前又はその間に、処理することができる。例えば、粉砕は、酸の存在下で実施することができる。
【００５７】
機械的処理システムは、例えば、表面積、嵩密度及び、繊維状供給原料の場合においては長さ対幅比などの繊維特性などの、特定の形態特性を備える流を生成するように、構成することができる。
【００５８】
いくつかの実施形態において、機械的に処理された材料のＢＥＴ表面積は、０．１ｍ２／ｇ以上、例えば０．２５ｍ２／ｇ以上、０．５ｍ２／ｇ以上、１．０ｍ２／ｇ以上、１．５ｍ２／ｇ以上、１．７５ｍ２／ｇ以上、５．０ｍ２／ｇ以上、１０ｍ２／ｇ以上、２５ｍ２／ｇ以上、３５ｍ２／ｇ以上、５０ｍ２／ｇ以上、６０ｍ２／ｇ以上、７５ｍ２／ｇ以上、１００ｍ２／ｇ以上、１５０ｍ２／ｇ以上、２００ｍ２／ｇ以上、又は２５０ｍ２／ｇ以上である。
【００５９】
機械的に処理された材料の気孔率は、例えば、２０％以上、２５％以上、３５％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９２％以上、９４％以上、９５％以上、９７．５％以上、９９％以上、又は９９．５％以上であり得る。
【００６０】
いくつかの実施形態において、機械的処理の後、材料は、０．７５ｇ／ｃｍ３未満、例えば、約０．７、０．６５、０．６０、０．５０、０．３５、０．２５、０．２０、０．１５、０．１０、０．０５又はそれ未満、例えば、０．０２５ｇ／ｃｍ３未満の嵩密度を有する。嵩密度は、ＡＳＴＭ  Ｄ１８９５Ｂを用いて決定する。簡単にいうと、この方法は、基地容量のメスシリンダーへのサンプルの充填及び、サンプルの質量を得ることを含む。嵩密度は、立方センチメートルのシリンダの既知の体積で、グラムの飼料の質量を割ることによって計算する。
【００６１】
供給原料が繊維状材料である場合、機械的に処理された材料の繊維は、それらが複数回剪断されていても、比較的大きな平均長さ対直径比（例えば、２０対１以上）を有し得る。更に、本明細書に記載の繊維材の繊維は、比較的長い長さ及び／又は長さ対直径比分布を有し得る。
【００６２】
本明細書に使用される、平均繊維幅（例えば、直径）は、ランダムに約５，０００の繊維を選択することにより、光学的に決定されるものである。平均繊維長さは、修正長さ−加重長さである。ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ，  Ｅｍｍｅｔ  ａｎｄ  Ｔｅｌｌｅｒ）表面積は、多地点表面積であり、気孔率は、水銀圧入により決定されたものである。
【００６３】
供給原料が繊維材料である場合、機械的に処理した材料の繊維の平均長さ対直径比は、例えば、８／１以上、例えば１０／１以上、１５／１以上、２０／１以上、２５／１以上又は５０／１以上であり得る。機械的に処理した材料の平均繊維長さは、例えば、約０．５ｍｍ〜約２．５ｍｍ、例えば、約０．７５ｍｍ〜約１．０ｍｍであり得、第二の繊維材料１４の平均幅（例えば直径）は、例えば、約５μｍ〜５０μｍ、例えば、約１０μｍ〜３０μｍであり得る。
【００６４】
いくつかの実施形態において、供給原料が繊維材料である場合、機械的に処理した材料の繊維長さの標準偏差は、機械的に処理した材料の平均繊維長さの６０％未満、例えば、平均長さの５０％未満、平均長さの４０％未満、平均長さの２５％未満、平均長さの１０％未満、平均長さの５％未満、又は平均長さの１％未満であり得る。
【００６５】
いくつかの状況において、低嵩密度材料を調製し、材料を高密度化し（例えば、簡単且つ低コストで別のサイトへ輸送するために）、その後低嵩密度の状態へ材料を戻すことが望ましいことがある。高密度化材料は、本明細書に記載の任意の方法によって処理することができ、又は、本明細書に記載の任意の方法により処理された任意の材料は、例えば、米国特許出願第１２／４２９，０４５号明細書、現在は米国特許第７，９３２，０６５号明細書、及び国際公開第ＷＯ２００８／０７３１８６号明細書に開示のように、その後高密度化することができ、それらの開示全体は、参照によって本明細書中に組み込まれる。
【００６６】
放射線処理
一つ以上の放射線処理シーケンスを、供給原料を処理し、更なる処理工程及び／又はシーケンスへの入力として機能する、構造的に改変された材料を提供するために、使用することができる。照射は、例えば、供給原料の分子量及び／又は結晶化度を低減することができる。照射はまた、材料又は材料をバイオプロセスするために必要となる任意の媒体を殺菌することができる。
【００６７】
いくつかの実施形態において、その原子軌道から電子を放出する材料中に体積するエネルギーは、材料を照射するために使用される。照射は、（１）α粒子又は陽子などの重荷電粒子、（２）例えば、β崩壊又は電子線加速器において生成される電子、又は、（３）例えば、γ線、ｘ線、又は紫外線などの電磁放射によって提供され得る。一つの手法において、供給原料を照射するために、放射性物質により生成された放射を使用することができる。別の手法において、電磁放射（例えば、電子ビームエミッタを使用して製造した）を、供給原料を照射するために使用することができる。いくつかの実施形態において、（１）〜（３）の任意順序での又は同時での任意の組み合わせを利用することができる。適用した照射量は、所望の高価及び特定の供給原料に依存する。
【００６８】
鎖切断が所望されている及び／又はポリマー鎖官能化が所望されている、いくつかの例において、プロトン、ヘリウム原子核、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、酸素イオン又は窒素イオンなどの電子より重い粒子を、利用することができる。開環鎖切断が望まれる場合、正電荷粒子を、強化された環開鎖切断のために、それらのルイス酸特性について利用することができる。例えば、最大酸化が所望される場合、酸素イオンを利用することが可能であり、最大硝化が所望される場合、窒素イオンを利用することができる。重粒子及び正荷電粒子の使用は、米国特許出願第１２／４１７，６９９号明細書、現在は、米国特許第７，９３１，７８４号明細書に記載され、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【００６９】
一つの方法において、第一の数の平均分子量（ＭＮＩ）を有するセルロースであるか又はそのようなセルロースを含む第一の材料を、第一の数の平均分子量よりも低い第二の平均分子量（ＭＮ２）を有するセルロースを含む第二の材料を提供するために、例えば電離放射線（例えば、γ放射線、ｘ放射線、１００ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外線（ＵＶ）光、電子又は他の荷電粒子ビームの形態）で処理することにより照射する。第二の材料（又は第一及び第二の材料）を、本明細書に記載されるものなどの中間体又は生成物を生成するために、第二の及び／又は第一の材料又はその構成糖又はリグニンを利用することができる、微生物（酵素処理とともに又はしないで）と組み合わせることができる。
【００７０】
第二の材料は、第一の材料と比較して低減された分子量、及びいくつかの例では低減された結晶化度を有するセルロースを含むため、第二の材料は、例えば、微生物及び／又は酵素を含む溶液において、一般的に分散性、膨潤性及び／又は可溶性である。これらの特性は、第一の材料と比較して、第二の材料を処理しやすくし、化学的、酵素的及び／又は生物学的攻撃の影響を受けやすくし、例えばエタノールなどの所望の生成物の生産速度及び／又は生産レベルを、大幅に向上させることが可能である。
【００７１】
いくつかの実施形態において、第二の数の平均分子量（ＭＮ２）は、約１０％以上、例えば、約１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０％、６０％、又は約７５％以上、第一の数の平均分子量（ＭＮ１）よりも低い。
【００７２】
いくつかの実施形態において、第二の材料は、第一の材料のセルロースの結晶化度（Ｃ１）よりも低い、結晶化度（Ｃ２）を有するセルロースを含む。例えば、（Ｃ２）は（Ｃ１）よりも、約１０％、例えば、約１５、２０、２５、３０、３５、４０又は約５０％以上、低い。
【００７３】
いくつかの実施形態において、出発結晶化度指数（照射前）は、約４０〜約８７．５％、例えば、約５０〜約７５％、又は約６０％〜約７０％であり、照射後の結晶化度指数は、約１０〜約５０％、例えば、約１５〜約４５％、又は約２０〜約４０％である。しかしながら、いくつかの実施形態において、例えば、広範囲な照射後、５％未満の結晶化度指数を有する可能性がある。いくつかの実施形態において、照射後の材料は、実質的に非晶質である。
【００７４】
いくつかの実施形態において、出発数平均分子量（照射前）は、約２００，０００〜約３，２００，０００、例えば、約２５０，０００〜約１，０００，０００又は、約２５０，０００〜約７００，０００であり、照射後の数平均分子量は、約５０，０００〜約２００，０００、例えば、約６０，０００〜約１５０，０００又は、約７０，０００〜約１２５，０００である。しかしながら、いくつかの実施形態において、例えば、広範囲な照射のあと、約１０，０００未満又は約５，０００未満の数平均分子量を有する可能性がある。
【００７５】
いくつかの実施形態において、第二の材料は、第一の材料の酸化レベル（Ｏ１）よりも高い、酸化レベル（Ｏ２）を有し得る。材料の比較的高い酸化レベルは、その分散性、膨潤性及び／又は溶解性を助けることができ、更に、化学的、酵素的又は生物学的攻撃に対する材料の感受性を高める。いくつかの実施形態において、第一の材料と比較して、第二の材料の酸化レベルを増加させるために、照射を、酸化環境下、例えば、空気又は酸素の覆いの下で実施し、第一の材料よりも酸化されている第二の材料を製造する。例えば、第二の材料は、より多くのヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基又はカルボン酸基を有することができ、これはその親水性を高めることができる。
【００７６】
電離放射線
放射線の各形態は、放射線のエネルギーによって決定される特定の相互作用を介して、炭素含有物質をイオン化する。重荷電粒子は、主に、クローン散乱を介して物質をイオン化し；更に、これらの相互作用は、更に物質をイオン化する高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、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、並びに、アクチニウム、トリウム、ウラン、ネブツニウム、キュリウム、カリホルニウム、アメリシウム及びプルトニウムなどのアクチニドの同位体など様々な放射性核のα崩壊によって生成される。
【００７７】
粒子が利用されると、それらは、中性（非荷電）、正に荷電、又は負に荷電し得る。荷電されると、荷電した粒子は、単一の正又は負電荷、又は、一、二、三若しくは四以上などの複数電荷を帯びることができる。鎖の切断が所望されている場合、正に荷電した粒子は、その酸性の性質のために部分的に、望ましいかもしれない。粒子が利用される場合、粒子は、安静時の電子の質量又は、それよりも大きな質量、例えば、５００倍、１０００倍、１５００倍、２０００倍、１０，０００倍又は１００，０００倍の安静時の電子の質量を有する。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、又は、約１〜約２５、例えば、１、２、３、４、５、１０、１２又は１５原子単位の質量を有し得る。粒子を加速するために使用される促進剤は、静電ＤＣ、電気力学ＤＣ、ＲＦリニア、自棄誘導線状又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、Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）システムなどの、ＩＢＡ、ベルギーから入手可能である一方、ＤＣ型促進剤は、Ｄｙｎａｍｉｔｒｏｎ（登録商標）などの、ＲＤＩ、現在はＩＢＡ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌから入手可能である。イオン（複数及び単数）加速器は、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  ａｎｄ  Ｌｅａｎｅｒ，  ＣＭ．  ｅｔ  ａｌ，  “Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＥＣＲ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｖｅｎｕｓ”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２０００，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａ．において議論されている。
【００７８】
γ線は、様々な材料へかなり浸透しやすいという利点を有する。γ線源は、例えば、コバルト、カルシウム、テクネチウム、クロム、ガリウム、インジウム、ヨウ素、鉄、クリプトン、サマリウム、セレン、ナトリウム、タリウム、及びキセノンの同位体などの放射性核を含む。
【００７９】
Ｘ線源は、タングステン又はモリブデン又は合金などの金属標的との電子ビームの衝突、又は、Ｌｙｎｃｅａｎにより商業的に製造されたものなどの、小型光源を含む。
【００８０】
紫外線についての源は、重水素又はカドミウムランプを含む。
【００８１】
赤外線源は、サファイア、亜鉛、又は、セレンウィンドウセラミックランプを含む。
【００８２】
マイクロ波源は、クライストロン、Ｓｌｅｖｉｎ型ＲＦ源、又は、水素、酸素若しくは窒素ガスを用いる原子ビーム源を含む。
【００８３】
いくつかの実施形態において、電子ビームは、放射源として使用される。電子ビームは、高線量率（例えば、毎秒１、５又は１０Ｍｒａｄ）、高処理能力、少ない封じ込め及び少ない封じ込め装置という利点を有する。電子はまた、鎖の切断を引き起こす際に、より効率的になることができる。更に、４〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する電子は、４０ｍｍなどの、５〜３０ｍｍ以上の浸透深度を有することができる。
【００８４】
電子ビームを、例えば、静電発電機、カスケード発電機、変圧器発電機、スキャニングシステムを備える低エネルギー加速器、リニアカソードを備える低エネルギー加速器、リニア加速器及びパルス加速器により、発生させることができる。電子は、例えば、０．５インチ未満、０．４インチ未満、０．３インチ未満、０．２インチ未満、又は０．１インチ未満の、材料の比較的薄い切片について、電離放射線源として有用であり得る。いくつかの実施形態において、電子ビームの核電子のエネルギーは、約０．３ＭｅＶ〜約２．０ＭｅＶ（百万電子ボルト）、例えば、約０．５ＭｅＶ〜約１．５ＭｅＶ、又は、約０．７ＭｅＶ〜約１．２５ＭｅＶである。
【００８５】
電子線照射装置は、Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｌｏｕｖａｉｎ−ｌａ−Ｎｅｕｖｅ，  Ｂｅｌｇｉｕｍ  ｏｒ  ｔｈｅ  Ｔｉｔａｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，  ＣＡ．から商業的に調達することができる。典型的な電子エネルギーは、１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ又は１０ＭｅＶであり得る。典型的な電子ビーム照射装置電源は、１ＫＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、１００ｋＷ、２５０ｋＷ、又は５００ｋＷであり得る。供給原料の解重合の程度は、使用される電子エネルギー及び照射量に依存する一方、露光時間は、電源及び照射量に依存する。典型的な照射量は、１ｋＧｙ、５ｋＧｙ、１０ｋＧｙ、２０ｋＧｙ、５０ｋＧｙ、１００ｋＧｙ、又は２００ｋＧｙのレベルを取り得る。いくつかの実施形態において、０．２５〜１０ＭｅＶ（例えば、０．５〜０．８ＭｅＶ、０．５〜５ＭｅＶ、０．８〜４ＭｅＶ、０．８〜３ＭｅＶ、０．８〜２ＭｅＶ又は０．８〜１．５ＭｅＶ）の間のエネルギーを使用することができる。いくつかの実施形態において、１〜１００Ｍｒａｄ（例えば、２〜８０Ｍｒａｄ、５〜５０Ｍｒａｄ、５〜４０Ｍｒａｄ、５〜３０Ｍｒａｄ又は５〜２０Ｍｒａｄ）の間の照射量を使用することができる。いくつかの好ましい実施形態において、５〜５０Ｍｒａｄ（例えば、５〜４０Ｍａｄ、５〜３０Ｍｒａｄ又は５〜２０Ｍｒａｄ）の照射量と組み合わせて、０．８〜３ＭｅＶ（例えば、０．８〜２ＭｅＶ又は０．８〜１．５ＭｅＶ）の間のエネルギーを使用することができる。
【００８６】
イオン粒子ビーム
電子よりも重い粒子を、例えば、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、デンプン質材料などの炭水化物、又は、これら及び本明細書に記載の他のものの混合物を含む、炭水化物又は材料などの材料を照射するために、利用することができる。例えば、陽子、ヘリウム原子核、アルゴンイオン、ケイ素イオン、ネオンイオン炭素イオン、燐イオン、酸素イオン又は窒素イオンを利用することができる。いくつかの実施形態において、電子よりも重い粒子は、より多い量の鎖切断（軽い粒子に対して）を誘導することができる。いくつかの例において、正に帯電した粒子は、その酸性度により負に帯電した粒子よりも、鎖切断のより多い量を誘導することができる。
【００８７】
より重い粒子ビームを、例えば、線形加速器又はサイクロトロンなどを用いて発生させることができる。いくつかの実施形態において、ビームの各粒子のエネルギーは、約１．０ＭｅＶ／原子単位（ＭｅＶ／ａｍｕ）〜約６，０００ＭｅＶ／原子単位、例えば、約３ＭｅＶ／原子単位〜約４，８００ＭｅＶ／原子単位、又は、約１０ＭｅＶ／原子単位〜約１，０００ＭｅＶ／原子単位である。
【００８８】
特定の実施形態において、例えば、植物から得られた材料などの炭素含有材料を照射するために使用されるイオンビームは、一種以上のイオンを含むことができる。例えば、イオンビームは、二つ以上（例えば、三、四又はそれ以上）の異なる種類のイオンの混合物を含むことができる。例示的な混合物は、炭素イオン及びプロトン、炭素イオン及び酸素イオン、窒素イオン及びプロトン、並びに、鉄イオン及びプロトンを含むことができる。より一般的には、上述の任意のイオン（又は任意の他のイオン）の混合物を、イオンビーム照射を形成するために使用することができる。特に、比較的軽いイオン及び比較的重いイオンの混合物を、単一イオンビームに使用することができる。
【００８９】
いくつかの実施形態において、材料を照射するためのイオンビームは、正電荷イオンを含む。正電荷イオンは、例えば、正電荷水素イオン（例えば、プロトン）、希ガスイオン（例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン）、炭素イオン、窒素イオン、酸素イオン、ケイ素原子、リンイオン、並びに、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、及び／又は、鉄イオンなどの金属イオンを含む。いかなる理論にも束縛されるものではないが、そのような正電荷シオンは、材料へ晒された場合に、例えばルイス酸部分として化学的に振舞い、酸化的な環境において、カチオン開環鎖切断反応を開始及び維持すると考えられている。
【００９０】
特定の実施形態において、材料を照射するためのイオンビームは、負電荷イオンを含む。負電荷イオンは、例えば、負電荷水素イオン（例えば、水素化物イオン）及び、様々な相対的に電気陰性原子核の負電荷イオン（例えば、酸素イオン、窒素イオン、炭素イオン、ケイ素イオン、及びリンイオン）を含み得る。いかなる理論にも束縛されるものではないが、そのような負電荷イオンは、材料に晒された場合に、ルイス塩基部分として化学的に振舞い、還元的な環境において、アニオン開環鎖切断反応を開始すると考えられている。
【００９１】
いくつかの実施形態において、材料を照射するためのビームは中性原子を含み得る。例えば、水素原子、ヘリウム原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子、ネオン原子、ケイ素原子、リン原子、アルゴン原子及び鉄原子の任意の一つ以上は、照射のために使用されるビームに含めることができる。一般に、任意の二つ以上の上記の種類の原子（例えば、三つ以上、四つ以上、又はそれ以上）の混合物は、ビーム内に存在し得る。
【００９２】
特定の実施形態において、材料を照射するために使用されるイオンビームは、一つ以上のＨ＋、Ｈ−、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｃ＋、Ｃ−、０＋、Ｏ−、Ｎ＋、Ｎ−、Ｓｉ＋、Ｓｉ−、Ｐ＋、Ｐ−、Ｎａ＋、Ｃａ＋、及び  Ｆｅ＋の一つ以上などの単一荷電イオンを含む。いくつかの実施形態において、イオンビームは、Ｃ２＋、Ｃ３＋、Ｃ４＋、Ｎ３＋、Ｎ５＋、Ｎ３−、０２＋、Ｏ２−、０２２−、Ｓｉ２＋、Ｓｉ４＋、Ｓｉ２−、及びＳｉ４−の一つ以上などの複数荷電イオンを含み得る。一般に、イオンビームはまた、複数の正又は負電荷を帯びる、より複雑な多核イオンを含み得る。特定の実施形態において、多核イオンの構造により、正又は負の電荷を、効果的に、実質的にイオンの構造全体に渡って分散させることができる。いくつかの実施形態において、正又は負電荷は、イオン構造の一部にわたって、いくつか局在化することができる。
【００９３】
電磁放射
電磁放射を用いて照射を実施する実施形態において、電磁放射は、例えば、１０２ｅＶ以上、例えば、１０３、１０４、１０５、１０６又は１０７ｅＶ以上の光子当たりのエネルギーを有し得る。いくつかの実施形態において、電磁放射は、１０４〜１０７、例えば、１０５〜１０６ｅＶの光子当たりのエネルギーを有する。電磁放射は、例えば、１０１６ｈｚ以上、１０１７ｈｚ以上、１０１８、１０１９、１０２０又は１０２１ｈｚ以上の周波数を有することができる。典型的な照射量は、１Ｍｒａｄ以上（例えば、１Ｍｒａｄ以上、２Ｍｒａｄ以上）の値を取り得る。いくつかの実施形態において、電磁波は、１０１８〜１０２２ｈｚ、例えば、１０１９〜１０２１ｈｚの周波数を有する。いくつかの実施形態において、１〜１００Ｍｒａｄ（例えば、２〜８０Ｍｒａｄ、５〜５０Ｍｒａｄ、５〜４０Ｍｒａｄ、５〜３０Ｍｒａｄ、又は５〜２０Ｍｒａｄ）の照射量を使用することができる。
【００９４】
クエンチ及び制御された機能化
電離放射線による処理後、本明細書に記載の任意の材料又は混合物はイオン化し得る；つまり、処理された材料は、電子スピン共鳴分光装置で検出可能であるレベルでラジカルを含み得る。イオン化供給原料が大気中に残っている場合には、カルボン酸基が大気中の酸素と反応して生成される程度に酸化されるであろう。いくつかの材料のいくつかの例において、例えば、カルボン酸基は、場合によっては溶解性及び微生物の利用のために有用であるように、炭水化物含有バイオマス及び酸化基の分子量の更なる分解を補助することができるため、そのような酸化が望ましい。しかしながら、ラジカルは、照射後しばらくの間、例えば、１日以上、４日以上、３０日以上、３ヶ月以上、６ヶ月以上又は１年以上残存することができ、材料特性は、いくつかの例では望ましくない可能性があるが、刑事的に変化し続ける可能性がある。従って、イオン化された材料をクエンチすることが望ましいことがある。
【００９５】
イオン化後、任意のイオン化材料を、例えば、ラジカルが電子スピン共鳴分光装置ではもはや検出不可能であるように、イオン化材料におけるラジカルのレベルをクエンチすることができる。例えば、ラジカルは、十分な圧力の材料への印加及び／又は、ラジカルと反応する（クエンチする）気体又は液体などのイオン化材料と接触させて流体を利用することにより、クエンチすることができる。ラジカルのクエンチにおいて少なくとも補助するために気体又は液体を使用することは、カルボン酸基、エノール基、アルデヒド基、ニトロ基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルキル基、クロロ基又はクロロフルオロアルキル基などの、所望の量及び種類の官能基を備えるイオン化材料を官能化するために使用することができる。
【００９６】
いくつかの例において、そのようなクエンチは、イオン化材料の内のいくつかの安定性を改善することができる。例えば、クエンチは、酸化に対する材料の抵抗性を改善することができる。クエンチによる官能化はまた、本明細書に記載の任意の才良の安定性を改善することができ、その熱安定性を改善することができ、様々な微生物による材料の利用性を改善することができる。例えば、クエンチにより材料へ付与される官能基は、例えば、様々な微生物によるセルロース加水分解を強化するために、微生物による結合のための受容体部位として機能することができる。
【００９７】
いくつかの実施例において、クエンチは、例えば、直接機械的に、一、二、又は三次元的に材料を圧縮するなどの機械的に材料を変化させるなどのイオン化材料への圧力の印加又は、例えば静水圧プレス成形などの材料が浸漬される流体への圧力の印加を含む。そのような例において、材料辞退の変形がラジカルをもたらし、これらは多くの場合、結晶ドメイン中に閉じ込められており、ラジカルが再結合できるか、又は他の基と反応できるように、十分に近く近接している。いくつかの例において、リグニン、セルロース又はヘミセルロースなどの材料の成分の融点又は軟化点以上に材料の温度を上昇させるために十分な量の熱などの、熱の適用とともに圧力を加える。熱は材料中の分子運動性を改善することが可能であり、ラジカルのクエンチにおいて補助することができる。圧力をクエンチのために利用する場合、圧力は、約１０００ｐｓｉ以上、例えば、約１２５０ｐｓｉ以上、１４５０ｐｓｉ以上、３６２５ｐｓｉ以上、５０７５ｐｓｉ以上、７２５０ｐｓｉ以上、１０，０００ｐｓｉ以上又は１５０００ｐｓｉ以上であり得る。
【００９８】
いくつかの実施形態において、クエンチは、液体又は気体、例えば、アセチレン又は窒素、エチレン、塩化エチレン若しくはクロロフルオロエチルエン中のアセチレン混合物、プロピレン又はこれらの気体の混合物などの流体と、イオン化材料を接触させることを含む。他の特定の実施形態において、クエンチは、例えば、イオン化材料と、例えば、液体に可溶、又は、少なくとも材料に浸透し、１、５−シクロオクラジエンなどのジエンのようなラジカルと反応することができる液体と接触させることを含む。いくつかの特定の実施形態において、クエンチは、材料と、ビタミンＥなどの抗酸化物質とを接触させることを含む。所望の場合、供給原料は、そこに分散する酸化防止剤を含み得、クエンチは、供給原料中に分散された抗酸化剤とラジカルとの接触から起こり得る。
【００９９】
官能化は、本明細書に記載の任意の重イオンなどの重荷電イオンを利用することにより促進することができる。例えば、酸化を促進することが望ましい場合、荷電酸素イオンを、照射のために利用することができる。窒素官能基が所望される場合、窒素イオン又は窒素を含むアニオンを利用することができる。同様に、硫黄又はリン基が所望される場合、イオン又はリンイオンを照射に用いることができる。
【０１００】
照射量
いくつかの例において、照射を、約０．２５Ｍｒａｄ／秒以上の線量率で、例えば、約０．５以上、０．７５以上、１．０以上、２．０以上又は約２．５Ｍｒａｄ／秒以上の線量率で実施する。いくつかの実施形態において、照射を、５．０〜１５００．０ｋｒａｄ／時の線量率で、例えば、１０．０〜７５０．０ｋｒａｄ／時又は、５０．０〜３５０．０ｋｒａｄ／時の線量率で実施する。いくつかの実施形態において、照射を、約０．２５Ｍｒａｄ／秒以上の線量率以上、例えば、約０．５以上、０．７５以上、１以上、１．５以上、２以上、５以上、７以上、１０以上、１２以上、１５以上又は約２０Ｍｒａｄ／秒以上、例えば、０．２５〜２Ｍｒａｄ／秒の線量率で実施する。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、照射（任意の放射源又は供給源の組み合わせによる）を、材料が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又は少なくとも１００Ｍｒａｄの照射量を受け取るまで実施する。いくつかの実施形態において、照射は、材料が１．０Ｍｒａｄ〜６．０Ｍｒａｄ、１０Ｍｒａｄ〜３０Ｍｒａｄ、１０Ｍｒａｄ〜４０Ｍｒａｄ、又は２０Ｍｒａｄ〜５０Ｍｒａｄの照射量を受け取るまで実施する。いくつかの実施形態において、照射は、材料が、約０．１Ｍｒａｄ〜約５００Ｍｒａｄ、約０．５Ｍｒａｄ〜約２００Ｍｒａｄ、約１Ｍｒａｄ〜約１００Ｍｒａｄ、又は約５Ｍｒａｄ〜約６０Ｍｒａｄの照射量を受け取るまで実施する。いくつかの実施形態において、比較的低い照射量の放射線、例えば、６０Ｍｒａｄ未満の放射線を印加する。
【０１０２】
音波処理
音波処理は、例えば、セルロース又はリグノセルロース系材料又はデンプン材料などの一つ以上の炭水化物源のような本明細書に記載の、一つ以上の任意の材料などの、材料の分子量及び／又は結晶化度を減らすことができる。音波処理はまた、材料を殺菌するために使用することができる。放射線について上述したように、音波処理で使用するプロセスパラメータは、例えば、供給原料のリグニン含有量に依存するなど、様々な要因に依存して変化し得る。例えば、高いリグニンレベルを有する供給原料は、一般的に、比較的高い滞留時間及び／又はエネルギーレベルを必要とし、供給原料へ送達される比較的高い総エネルギーをもたらす。
【０１０３】
一つの方法において、第一の数の平均分子量（ＭＮ１）を有するセルロースを含む第一の材料は、水などの媒体中に分散させ、第一の数の平均分子量よりも低い、第二の数の平均分子量（ＭＮ２）を有するセルロースを含む第二の材料を提供するために、音波処理を行う及び／又はそうでなければキャビテーションを行う。第二の材料（又は、特定の実施形態においては第一及び第二の材料）は、中間体又は生成物を製造するために、第二及び／又は第一の材料を利用することができる、微生物（酵素処理とともに又は酵素処理を用いず）と組み合わせることができる。
【０１０４】
第二の材料が、第一の材料と比較して低減された分子量を有するセルロース、及び、いくつかの例においては、低減された結晶化度を有するセルロースを含むため、第二の材料は一般的に、例えば、微生物を含有する溶液中で、より分散性であり、膨潤性であり、及び／又は、可溶性である。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、第二の数の平均分子量（ＭＮ２）は、第一の数の平均分子量（ＭＮ１）よりも、約１０％以上、例えば、約１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０％以上、又は約７５％以上低い。
【０１０６】
いくつかの例において、第二の材料は、第一の材料のセルロースの結晶化度（Ｃ１）よりも低い、結晶化度（Ｃ２）を有するセルロースを含む。例えば、（Ｃ２）は、（Ｃ１）よりも約１０％以上、例えば、約１５、２０、２５、３０、３５、４０又は約５０％以上低い可能性がある。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、出発結晶化度指数（音波処理の前）は、約４０〜約８７．５％、例えば、約５０〜７５％又は、約６０〜約７０％であり、音波処理後の結晶化度指数は、約１０〜約５０％、例えば、約１５〜約４５％又は、約２０〜約４０％である。しかしながら、特定の実施形態において、例えば広範な音波処理後、５％未満の結晶化度指数を有することが可能である。いくつかの実施形態において、音波処理後の材料は、実質的に非晶質である。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、出発数平均分子量（音波処理の前）は、約２００，０００〜約３，２００，０００、例えば、約２５０，０００〜約１，０００，０００又は、約２５０，０００〜約７００，０００であり、音波処理後の数平均分子量は、約５０，０００〜約２００，０００、例えば、約６０，０００〜約１５０，０００又は、約７０，０００〜約１２５，０００である。しかしながら、いくつかの実施形態において、例えば広範な音波処理の後、約１０，０００未満又は約５，０００未満の数平均分子量を有することが可能である。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、第二の材料は、第一の材料の酸化レベル（Ｏ１）よりも高い酸化レベル（Ｏ２）を有することができる。材料のより高い酸化レベルは、その分散性、膨潤性、及び／又は溶解性を補助し、更に、化学的、酵素的又は微生物的攻撃に対する材料の感受性を高めることができる。いくつかの実施形態において、第一の材料と比較して第二の材料の酸化レベルを増加させるために、音波処理を酸化媒体中で実施し、第一の材料よりもより酸化された第二の材料を生成する。例えば、第二の材料は、より多くのヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基又はカルボン酸基を有することができ、その親水性を高めることができる。
【０１１０】
いくつかの実施液体において、音波処理媒体は、水性媒体である。所望の場合、媒体は、過酸化物（例えば、過酸化水素）などの酸化剤、分散剤及び／又は緩衝剤を含むことができる。分散剤の例は、イオン性分散剤、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、及び、非イオン性分散剤、例えば、ポリ（エチレングリコール）を含む。
【０１１１】
別の実施形態において、音波処理媒体は、非水性である。例えば、音波処理は、例えばトルエン若しくはヘプタンなどの炭化水素中、例えばジエチルエーテル若しくはテトラヒドロフランなどのエーテル中、又は、アルゴン、キセノン若しくは窒素などの液化ガス中で実施する。
【０１１２】
熱分解
一つ以上の熱分解処理シーケンスを、材料から有用な物質を抽出し、更なる処理工程及び／又はシーケンスへの入力として機能する、部分的に分解された材料を提供するために、多種多様な異なる供給源からの炭素含有材料を処理するために、使用することができる。熱分解はまた、材料を殺菌するために使用することができる。熱分解条件は、供給原料の特性及び／又は他の要因に依存して、変化し得る。例えば、比較的高いリグニンレベルの供給原料は、比較的高い温度、比較的長い滞留時間、及び／又は、熱分解時の酸素の比較的高いレベルの導入を必要とし得る。
【０１１３】
一実施例において、第一の数平均分子量（ＭＮ１）を有するセルロースを含む第一の材料を、第一の数平均分子量よりも低い第二の数平均分子量（ＭＮ２）を有するセルロースを含む第二の材料を提供するために、管状炉内の第一の材料を加熱することにより（酸化の存在下又は非存在下で）、熱分解する。
【０１１４】
第二の材料は、第一の材料と比較して低減された分子量を有するセルロース、及び、いくつかの例において、低減された結晶化度を含むため、第二の材料は一般的に、例えば微生物を含む溶液中で、より分散性であり、膨潤性であり、及び／又は、溶解性である。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、第二の数平均分子量（ＭＮ２）は、第一の数平均分子量（ＭＮ１）よりも、約１０％以上、例えば、約１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０％、６０％、以上、又は約７５％以上小さい。
【０１１６】
いくつかの例において、第二の材料は、第一の材料のセルロースの結晶化度（Ｃ１）よりも低い結晶化度（Ｃ２）を有するセルロースを含む。例えば、（Ｃ２）は、（Ｃ１）よりも、約１０％以上、例えば、約１５、２０、２５、３０、３５、４０以上、又は約５０％以上低い。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、出発結晶化度（熱分解前）は、約４０〜約８７．５％、例えば、約５０〜約７５％、又は約６０〜約７０％であり、熱分解後の結晶化度指数は、約１０〜約５０％、例えば、約１５〜約４５％、又は約２０〜約４０％である。しかしながら、特定の実施形態において、例えば広範な熱分解の後、５％未満の結晶化度指数を有することが可能である。いくつかの実施形態において、熱分解後の材料は、実質的に非晶質である。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、出発数平均分子量（熱分解前）は、約２００，０００〜約３，２００，０００、例えば、約２５０，０００〜約１，０００，０００又は、約２５０，０００〜約７００，０００であり、熱分解後の数平均分子量は、約５０，０００〜約２００，０００、例えば、約６０，０００〜約１５０，０００又は約７０，０００〜約１２５，０００である。しかしながら、いくつかの実施形態において、例えば熱分解の後、約１０，０００未満又は約５，０００未満の数平均分子量を有することが可能である。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、第二の材料は、第一の材料の酸化レベル（Ｏ１）よりも高い酸化レベル（Ｏ２）を有することができる。材料のより高い酸化レベルは、その分散性、膨潤性及び／又は溶解性を補助することが可能であり、更に、化学的、酵素的又は生物学的攻撃に対する材料の感受性を促進することができる。いくつかの実施形態において、第一の材料と比較して第二の材料の酸化レベルを増加させるために、熱分解を酸化環境で実施し、第一の材料よりもより酸化した第二の材料を生成する。例えば、第二の材料は、第一の材料よりも多くのヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基又はカルボン酸基を有することが可能であり、それによって材料の親水性を増加させる。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、材料の熱分解を継続する。別の実施形態において、材料を所定の時間熱分解し、次に、再び熱分解する前に第二の所定時間冷却する。
【０１２１】
酸化
一つ以上の酸化処理シーケンスを、材料から有用物質を抽出し、更なる処理工程及び／又はシーケンスへの入力として機能する、部分的に分解及び／又は変更された材料を提供するために、幅広い種類の異なる供給源からの炭素含有材料を処理するために使用することができる。酸化条件は、例えば、供給原料のリグニン含有量に依存して変化し得、より高い酸化度は、一般的により高いリグニン含有供給原料について所望される。
【０１２２】
一つの方法において、第一の数平均分子量（ＭＮ１）及び第一の酸素含有量（Ｏ１）を有するセルロースを含む第一の材料を、第二の数平均分子量（ＭＮ２）を有し、第一の酸素含有量（Ｏ１）よりも高い第二の酸素含有量（Ｏ２）を有するセルロースを含む第二の材料を提供するために、例えば、空気又は酸素富化空気の流の中で、第一の材料を加熱することによって、酸化する。
【０１２３】
第二の材料の第二の数平均分子量は、一般的に、第一の材料の第一の数平均分子量よりも低い。例えば、分子量は、他の物理的処理について上述したのと同程度に低減することができる。第二の材料の結晶化度もまた、他の物理的処理について上述したのと同程度に低減することができる。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、第二の酸素含有量は、第一の酸素含有量よりも少なくとも約５％高く、例えば、７．５％高く、１０．０％高く、１２．５％高く、１５．０％高く又は、１７．５％高い。いくつかの好ましい実施形態において、第二の酸素含有量は、第一の材料の第一の酸素含有量よりも、少なくとも約２０．０％高い。酸素含有量は、１３００℃以上での炉運転で飼料を熱分解することにより、元素分析を用いて測定する。適切な元素分析器は、ＶＴＦ−９００高温熱分解炉を備える、ＬＥＣＯ  ＣＨＮＳ−９３２分析器である。
【０１２５】
一般に、材料の酸化は、酸化環境で発生する。例えば、酸化は、空気又は空気中の濃縮アルゴンなどの、酸化環境中の熱分解によって、達成又は補助することができる。酸化を補助するために、酸化剤などの様々な化学剤、酸又は塩基を、酸化前又は酸化中に材料へ加えることができる。例えば、過酸化物（例えば、過酸化ベンゾイル）を、酸化前に加えることができる。
【０１２６】
バイオマス供給原料における不応性を低減するいくつかの酸化方法は、フェトン反応（Ｆｅｔｏｎ−ｔｙｐｅ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を採用する。そのような方法は、例えば、米国特許出願第１２／６３９，２８９号明細書に開示され、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１２７】
例示的な酸化剤は、過酸化水素及び過酸化ベンソイルなどの過酸化物、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、オゾンなどの酸素の活性形態、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、過塩素酸ナトリウムなどの過塩素酸塩、及び、次亜塩素酸ナトリウム（家庭用漂白剤）などの次亜塩素酸塩を含む。
【０１２８】
いくつかの状況において、接触中にｐＨを、例えば、１〜５、２〜５、２．５〜５又は約３〜５などの約５．５未満で維持する。酸化条件はまた、例えば、４〜１０時間又は、５〜８時間などの２〜１２時間の期間の接触時間を含むことができる。いくつかの例において、温度を、例えば、２５０、２００、１５０、１００又は５０℃以下などの３００℃以下で維持する。いくつかの例において、温度を、例えば２０〜２５℃などの実質的に周辺温度に維持する。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、一つ以上の酸化剤を、電子などの粒子のビームを用いて空気を介して材料へ照射することにより、その場でオゾンを生成することなどにより、気体として適用する。
【０１３０】
いくつかの実施形態において、混合物は更に、２、５−ジメトキシヒドロキノン（ＤＭＨＱ）、及び／又は、２、５−ジメトキシ−１、４−ベンゾキノン（ＤＭＢＱ）などの一つ以上のベンゾキノンを含み、これは電子移動反応を保持することができる。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、一つ以上の酸化剤をその場で電気化学的に発生させる。例えば、過酸化水素及び／又はオゾンを、接触容器又は反応容器内で電気化学的に製造することができる。
【０１３２】
可溶化、不応性の低減又は官能化のための他のプロセス
この段落の任意の方法は、本明細書に記載の任意のプロセスを用いずに単独で、又は、本明細書に記載の任意のプロセス：蒸気爆発、化学的処理（例えば、酸処理（濃縮並びに、硫酸、塩酸及び、トリフルオロ酢酸などの有機酸のような、鉱酸を用いた希釈処理を含む）、及び／又は、塩基処理（例えば、石灰又は水酸化ナトリウムを用いた処理））、ＵＶ処理、スクリュー押出処理（例えば、米国特許出願第１３／０９９１５１号明細書参照）、溶媒処理（例えば、イオン液体を用いた処理）及び、凍結粉砕（例えば、米国特許出願第１２／５０２，６２９号明細書、現在は、米国特許第７，９００，８５７号明細書を参照）、と組み合わせて（任意の順番で）使用することが可能である。
【０１３３】
燃料、酸、エステル及び／又は他の生成物及び使用
植物から少なくとも部分的に得られた典型的な供給原料は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニン＋比較的少量のタンパク質、抽出物及びミネラルを含む。上述の一つ以上の処理工程を供給材料へ実施した後、セルロース及びヘミセルロース画分へ含まれる複合炭水化物は、いくつかの場合において、必要に応じて、酸又は酵素加水分解を伴って、発酵性糖へ処理することができる。遊離した糖は、アルコール又は有機酸などの様々な生成物へ変換することができる。得られた生成物は、利用した微生物及びバイオ処理が生じた条件に依存する。他の実施形態において、処理した供給原料を、熱化学的変換又は他の処理へ供することができる。
【０１３４】
処理した供給原料を更に処理する方法の例は、以下の段落で議論する。
【０１３５】
糖化
処理した供給原料を、容易に発酵できる形態へ変換するために、いくつかの実施形態において、例えば、酵素などの糖化剤によって、供給原料中のセルロースを、糖などの低分子量炭水化物へ、最初に加水分解し、このプロセスは糖化と呼ばれる。いくつかの実施形態において、糖化剤は、例えば鉱酸などの酸を含む。酸を使用すると、共生成物は、微生物に対して毒性であるように生成され得、その場合、前記プロセスは、更にそのような共生成物の除去を含むことができる。除去は、例えば、活性炭などの活性化された炭素又は他の適切な技術を用いて、実施することができる。
【０１３６】
処理した供給原料を、例えば、水溶液などの溶媒中で、材料及び酵素を組み合わせることなどにより、酵素を用いて加水分解することができる。
【０１３７】
セルロース並びに、セルロース及び／又は供給原料のリグニン部分などのバイオマスを分解する、酵素及びバイオマス破壊有機体は、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼ又は様々な小分子バイオマス破壊代謝物を含むか又は製造する。これらの酵素は、結晶セルロース又はバイオマスのリグニン部分を分解するために、相乗的に作用する酵素の複合体であり得る。セルロース分解酵素の例は、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ及び、セロビアーゼ（β−グルコシダーゼ）を含む。セルロース基質は、オリゴマー中間体を生成するランダムな場所で、エンドグルコナーゼによって最初に加水分解される。これらの中間体は、ここで、セルロースポリマーの末端からセロビオースを生成するためのセロビオヒドロラーゼなどのエキソ分解グルカナーゼの基質である。セロビオースは、グルコースの水溶性の１、４−結合二量体である。最終的に、セロビオースはグルコースを得るために、セロビオースを切断する。
【０１３８】
発酵
微生物は、処理された供給原料を糖化することによって生成した低分子量糖を発酵することにより、多数の有用な中間体及び生成物を生成することができる。例えば、発酵又は他のバイオ処理は、アルコール、有機酸、炭化水素、水素、タンパク質又はこれらの材料のいずれかの混合物を生成することができる。
【０１３９】
酵母及びザイモモナス菌は、例えば、発酵又は変換のために使用することができる。他の微生物は、以下の材料の段落で議論する。発酵のための至適ｐＨは、ｐＨ約４〜７である。酵母のための至適ｐＨは、ｐＨ約４〜５であり、一方、ザイモモナス菌の至適ｐＨは、ｐＨ約５〜６である。典型的な発酵時間は、２０℃〜４０℃（例えば、２６℃〜４０℃）の範囲の温度で、約２４〜１６８時間（例えば、２４〜９６時間）であるが、好熱性微生物はより高温を好む。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、例えば、嫌気性菌を使用する場合には、発酵の少なくとも一部は、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ２又はそれらの混合物などの不活性ガス雰囲気下などの酸素の非存在下で行われる。更に、混合物は、発酵の一部又は全ての間にタンクを通って流れる不活性ガスの一定のパージを有し得る。いくつかの場合において、嫌気条件は発酵中の二酸化炭素生成によって、達成又は以上することができ、追加の不活性ガスを必要としない。
【０１４１】
いくつかの実施形態において、発酵プロセスの全て又は一部は、低分子量の糖を完全に生成物（例えば、エタノール）へ変換する前に中断することができる。中間発酵生成物は、高濃度の糖及び炭水化物を含む。糖及び炭化水素は、以下に説明するように単離することができる。これらの中間発酵生成物は、ヒト又は動物の消費のための食品の調製において使用することができる。更に又は或いは、中間発酵生成物を、粉状の基質を生成するために、ステンレス鋼製の実験用ミルで、微細な粒径へ粉砕することができる。
【０１４２】
発酵は、米国で２０１１年１１月に出願された、米国特許仮出願番号第６１／５７９，５５９号明細書に開示されている方法及び生成物を含む。２０１１年１１月に出願された米国特許仮出願番号第６１／５７９，５７６号明細書は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１４３】
携帯型発酵器を、米国特許仮出願番号第６０／８３２，７３５号明細書、現在は、公開国際出願番号第ＷＯ２００８／０１１５９８号明細書に記載のように、利用することができる。同様に、糖化装置を携帯型とすることができる。更に、糖化及び／又は発酵は、部分的に又は全体的に移動中に行ってもよい。
【０１４４】
燃料電池
本明細書に記載された方法が糖溶液又は懸濁液を生成する場合、本溶液又は懸濁液を、その後燃料電池中で使用することができる。例えば、セルロース又はリグノセルロース材料由来の糖を利用する燃料電池は、２０１１年１１月２２日に出願された米国仮出願番号第６１／５７９，５６８号明細書に開示され、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【０１４５】
熱化学的変換
熱化学的変換は、一つ以上の所望の中間体及び／又は生成物を生成するために、処理された供給原料へ行うことができる。熱化学的変換プロセスは、高温で炭素含有材料の分子構造を変換することを含む。具体的な例は、気化、熱分解、改質、部分的な酸化及び（任意の順序での）これらの組み合わせを含む。
【０１４６】
気化は、炭素含有材料を合成ガス（シンガス）へ変換し、これは、メタノール、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を含む。アセトゲン又はホモアセトゲンなどの多数の微生物は、アルコール、カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸エステル又はこれらの任意の混合物を含む生成物を生成するために、バイオマスの熱化学的変換由来の合成ガスを利用することができる。バイオマス（例えば、セルロース又はリグノセルロース材料）の気化を、様々な技術によって行うことができる。例えば、気化は、流動床反応器を用いた段階的な水蒸気改質を利用して、行うことができ、炭素質材料は、酸素の非存在下で最初に熱分解され、次に、加えられた水素及び酸素を提供する水蒸気を用いて、合成ガスへ熱蒸気を改質する。そのような技法において、熱は燃焼する炭由来である。他の技法は、水分及び酸素が熱分解の段階で導入され、プロセス熱は後段の生成ガスの一部の燃焼から発生する、ねじ錐反応器を利用する。別の技法は、外部の蒸気及び空気の両方が、単一段階ガス化反応器へ導入される、同伴流改質（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ  ｆｌｏｗ  ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を利用する。部分的な酸化気化において、純粋な酸素は蒸気無しで利用される。
【０１４７】
後処理
蒸留
発酵の後、水及び残留固体の大部分から、エタノール及び他のアルコールを分離するために、得られた流体を例えば、「ビールカラム」を用いて蒸留することができる。ビールカラムを出る蒸気は、例えば、３５重量％エタノールとすることができ、精留カラムに供給することができる。精留カラムからのほとんど共沸した（９２．５％）エタノール及び水の混合物を、気相分子篩を用いて純粋な（９９．５％）エタノールへ精製することができる。ビールカラムの底部は、三つのエフェクトの蒸発器の第一のエフェクトへ送ることができる。精留カラムの還流凝縮器は、この第一のエフェクトのための熱を提供することができる。第一のエフェクトの後、固体を、遠心分離機を用いて分離し、回転乾燥機で乾燥させることができる。遠近分離器の流出物の一部（２５％）を、発酵へ再循環させ、残りの部分を、第二及び第三のエフェクトへ送ることができる。蒸発器濃縮物のほとんどは、低沸点化合物の蓄積を防ぐために、排水処理への少量の部分の分割を用いて、かなりきれいな濃縮物として処理するために、戻すことが可能である。
【０１４８】
他の可能な糖処理
糖化の間又は後の処理は、例えば、擬似移動床クロマトグラフィーなどのクロマトグラフィー、沈殿、遠心分離、結晶化、溶媒蒸発及びそれらの組み合わせによる、糖の単離及び／又は濃縮を含み得る。更に又は必要に応じて、処理は、糖溶液又は懸濁液中の一つ以上の糖の異性化を含み得る。更に又は必要に応じて、糖溶液又は懸濁的は、例えば、グルコース及びキシロースをそれぞれソルビトール及びキシリトールへ水素化することができるように、化学的に処理することができる。水素化は、例えば、１０〜１２０００ｕｓｉなどの高圧下で、Ｈ２と組み合わせてΡt／γ−Αｌ２０３、Ｒｕ／Ｃラネーニッケルなどの触媒を使用することにより、行うことができる。
【０１４９】
いくつかの可能な処理工程は、上記で参照によって組み込まれる、２０１１年１１月２２日に出願された米国特許出願番号第６１／５７９，５５２号明細書、及び、２０１１年１１月２２日に出願された米国仮出願番号第６１／５７９，５７６号明細書に開示されている。
【０１５０】
中間体及び生成物
例えば、一次プロセス及び／又は後処理を用いて、処理されたバイオマスを、エネルギー、燃料、食品及び材料などの一つ以上の生成物へ変換することができる。生成物の具体例は、水素、糖（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、フルクトース、二糖類、オリゴ糖及び多糖類）、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、ｎ−ブタノールなどの一価アルコール又は二価アルコール）、例えば、１０％以上、２０％以上、３０＄以上又は４０％以上の水を含む水和又は含水アルコール類、糖類、バイオディーゼル、有機酸（例えば、酢酸及び／又は乳酸）、炭化水素、副産物（例えば、セルロース分解タンパク質（酵素）又は単細胞タンパク質のようなタンパク質）、及び、任意の組み合わせ又は相対濃度、及び、必要に応じて、例えば燃料添加剤などの任意の添加剤と組み合わせた、これらの内の任意のものの混合物を含むが、それらに限定されない。他の例は、酢酸又は酪酸などのカルボン酸、カルボン酸の塩、カルボン酸及びカルボン酸の塩及びカルボン酸（例えば、メチル、エチル及びｎ−プロピルエステル）の混合物、ケトン、アルデヒド、アクリル酸などのα、β不飽和酸、エチレンなどのオレフィン、これらの任意の混合物を含む。他のアルコール及びアルコール誘導体は、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、キシリトール及び他のポリオール）、任意のこれらのアルコールのメチル又はエチルエステルを含む。他の生成物は、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、乳酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、任意の酸の塩、及び、任意の酸の混合物、及びそれぞれの塩を含む。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、例えば、一次プロセス及び／又は後処理などを用いて、処理したバイオマスを、プラットフォームケミカルへ変換することができる。例えば、上述の通り、処理したバイオマスを、重要なプラットフォームケミカルである、ブタノール類（例えば、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、又はｎ−ブタノール）へ変換することができる。例えば、ブタノール類の脱水によって、１−ブテン、シス−２−ブテン、トランス−２−ブテン及びイソブテンが生成され、これらは、合成燃料、潤滑剤、及びその他の貴重な化学物質のための、非常に貴重な出発物質である。具体的には、例えば、直鎖低密度ポリエチレン、２−ブテン異性体は、潤滑剤及び農業用化学薬品のための貴重な出発物質であり、イソブテンはブチルゴム、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル及びイソオクタンへ重合することができるように、１−ブテンをポリマーの創作に使用することができる。更に、合成石油灯油は、ブテンのオリゴマー化により合成することができる。食品及び医薬生成物を含む、他の中間体及び生成物、例えば、医薬品、栄養補助食品、タンパク質、脂肪、ビタミン類、油類、繊維、ミネラル類、糖類、炭水化物及びアルコールから成る群から選択される食用の物質は、米国特許出願番号第１２／４１７，９００号明細書に記載され、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５２】
材料
改変した植物材料
植物供給材料は、本明細書で議論したように、少なくとも部分的に一種以上の組換え植物から得ることができる。いくつかの場合において、供給原料は、一種以上の植物、及び／又は、一部以上の植物、例えば、茎、果実及びトウモロコシ植物の穂を含む。植物は、例えば、トウモロコシ、大豆、ビート、綿、菜種、ジャガイモ、コメ、アルファルファ、又はサトウキビ植物であり得る。植物はまた、栽培されている多種の遺伝子組替え植物のいずれかであり得る。供給原料は、異なる種類の植物、異なる部分の特定の植物、及び／又は、例えば、バイオマス材料などの他の材料と植物材料の混合物を含み得る。
【０１５３】
いくつかの場合において、植物全体を使用することができる。例えば、作物が不利な成長条件（例えば、干ばつ、霜、洪水、害虫の侵入）によって台無しにされた場合、損なわれた作物は、本明細書に記載される方法及びプロセスにおいて、有用であり得る。
【０１５４】
他の供給原料材料
上述の組換え植物材料に加えて又は代わりに、供給原料は、例えば、遺伝子組換えされているか又はされていなくてもよいバイオマス材料などの、他の材料を含むことができる。バイオマスは、例えば、セルロース又はリグノセルロース材料であり得る。そのような材料は、紙及び紙製品（例えば、ポリコート紙及びクラフト紙）、木材、木材関連材料、例えば、パーティクルボード、草、籾殻、バガス、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、スイッチグラス、アルファルファ、乾草、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ茎葉、ココナッツの毛；及び、例えば綿などの、セルロース含有量の高い材料を含む。供給原料は、売れ残りなどの未使用のクズとして捨てられる繊維材料、ボロ布などの消費者の廃棄物から得ることができる。紙製品を使用する場合、それらは未使用の材料、例えばクズとして捨てられる未使用の材料か、又は、消費者の使用済みの廃棄物であり得る。未使用の材料、消費者の使用済みの他に、工業用（例えば、端材）、及び処理廃棄物（例えば、紙加工からの流出物）もまた、繊維供給源として使用することができる。バイオマス供給原料はまた、ヒト（例えば、下水）、動物又は植物の廃棄物から得られるか又は由来であり得る。更なるセルロース及びリグノセルロース材料は、米国特許第６，４４８，３０７号明細書、第６，２５８，８７６号明細書、第６，２０７，７２９号明細書、第５，９７３，０３５号明細書及び第５，９５２，１９５号明細書に記載されている。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、バイオマス材料は、一つ以上のＰ−１、４−結合であるか又はそれらを有し、約３，０００〜５，０００の数平均分子量を有する炭水化物を含む。そのような炭水化物は、β（１、４）―グリコシド結合を介して、（β−グルコース１）由来のセルロース（Ｉ）であるか又は含む。前記結合は、それ自身と、デンプン及び他の炭水化物中に存在するα（１、４）−グリコシド結合のそれと対比している。
【化１】
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【化２】
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【０１５６】
デンプン材料は、デンプン自体、例えば、トウモロコシデンプン、小麦デンプン、ジャガイモデンプン、又はコメデンプン、又は、可食性食品若しくは作物などのデンプンを含む材料を含む。例えば、デンプン材料は、アラカチャ、そば、バナナ、大麦、キャッサバ、葛、オカ、サゴ、モロコシ、通常の家庭用のジャガイモ、サツマイモ、タロイモ、ヤムイモ、又は、空豆、レンズ豆若しくはエンドウ豆などの一つ以上の豆であり得る。任意の二つ以上のデンプン材料のブレンドもまた、デンプン材料である。
【０１５７】
いくつかの例において、バイオマスは微生物材料である。微生物供給源は、任意の天然の、又は、遺伝子組換え微生物、又は、炭水化物源（例えば、セルロース）を含むか又は提供することができる有機体、例えば、動物性原生生物（例えば、鞭毛虫、肉質虫、繊毛虫、及び胞子虫などの原虫）、及び、植物性原生生物（例えば、アルベオレート（ａｌｖｅｏｌａｔｅ）、クロララクニオン藻、クリプト藻、ユーグレナ類（ｅｕｇｌｅｎｉｄ）、灰色藻、ハプト藻、紅藻、ストラメノパイル、及び緑色植物（ｖｉｒｉｄａｅｐｌａｎｔａｅ）などの藻類）を含むが、それらに限定されない。他の実施例は、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、ミクロプランクトン、ナノプランクトン、ピコプランクトン及びフェムプランクトン）、植物プランクトン、細菌（例えば、グラム陽性菌、グラム陰性菌、及び、好極限性細菌）、酵母及び／又はこれらの混合物を含む。いくつかの例において、微生物バイオマスは、海洋、湖などの天然供給源、海水又は淡水などの水域、又は陸地から得ることができる。或いは、又は更に、微生物バイオマスは、培養システム、例えば、大規模乾燥及び湿潤培養システムから得ることができる。
【０１５８】
糖化剤
適切な酵素は、バイオマスを分解することが可能な、セロビアーゼ及びセルラーゼを含む。
【０１５９】
適切なセロビアーゼは、商品名ＮＯ  ＶＯＺＹＭＥ  １８８（商標）の下で販売されているアスペルギルスニガー由来のセロビアーゼを含む。
【０１６０】
セルラーゼは、バイオマスを分解することが可能であり、真菌又は細菌起源であり得る。適切な酵素は、バチルス属、シュードモナス属、フミコーラ、フザリウム、チエラビア、アクレモニウム、クリソスポリウム及びトリコデルマ由来のセルラーゼを含み、且つ、フミコーラ種、ヒトヨタケ種、チエラビア種、フザリウム種、ミセリオフトラ種、アクレモニウム種、セファロスポリウム種、スキタリジウム（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ）種、ペニシリウム種又はアスペルギルス種（例えば、欧州特許第ＥＰ４５８１６２号明細書を参照）、特に、フミコーラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ）種から選択された株によって生成されたもの（スキタリジウム（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ）サーモとして再分類、例えば、米国特許第４，４３５，３０７号明細書参照）、コプリナスシネレウス種、フザリウムオキシスポルム種、サーモフィラ種、タコウキン科トンビマイタケ属（Ｍｅｒｉｐｉｌｕｓ  ｇｉｇａｎｔｅｕｓ）、チエラビアマルハナバチ、アクレモニウム属、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、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）、アクレモニウムピンケルトニアエ（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）、及びアクレモニウム・フラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｆｕｒａｔｕｍ）から選択された株；好ましくは、種フミコラ・インソレンスＤＳＭ  １８００、フザリウム・オキシスポルムＤＳＭ  ２６７２、ミセリオフトラ・サーモフィラＣＢＳ  １１７．６５、セファロスポリウム属ＲＹＭ−２０２、アクレモニウム属ＣＢＳ  ４７８．９４、アクレモニウム属ＣＢＳ  ２６５．９５、アクレモニウム・ペルシシナムＣＢＳ  １６９．６５、アクレモニウム・アクレモニウムＡＨＵ  ９５１９、セファロスポリウム属ＣＢＳ  ５３５．７１、アクレモニウム・ブラシペニウムＣＢＳ  ８６６．７３、アクレモニウム・ジクロモスポルムＣＢＳ  ６８３．７３、アクレモニウム・オブクラバタムＣＢＳ  ３１１．７４、アクレモニウム・ピンケルトニエＣＢＳ  １５７．７０、アクレモニウム・ロセオグリセウムＣＢＳ  １３４．５６、アクレモニウム・インコロラタムＣＢＳ  １４６．６２、及びアクレモニウム・フラタムＣＢＳ  ２９９．７０Ｈに由来のセルラーゼを含む。セルロース分解酵素はまた、クリソスポリウム属（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）、好ましくは、クリソスポリウム・ラクノウェンス（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ  ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ）の株から得ることもできる。更に、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属（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）、及びトリコデルマ・コニンギイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｋｏｎｉｎｇｉｉ））、好ア���カリ性バチルス属（例えば、米国特許第３，８４４，８９０号明細書及び欧州特許第ＥＰ４５８１６２号明細書を参照）、並びにストレプトマイセス属（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）（例えば、欧州特許第ＥＰ４５８１６２明細書を参照）を用いることができる。
【０１６１】
例えば、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）１５００酵素複合体などの、商品名ＡＣＣＥＬＬＥＲＡＳＥ（登録商標）の下で、Ｇｅｎｅｎｃｏｒｅから入手可能なものなどの、酵素複合体を利用することができる。Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ１５００酵素複合体は、複数の酵素活性、主に、エキソグルカナーゼ、エンドグルカナーゼ（２２００〜２８００ＣＭＣ  Ｕ／ｇ）、ヘミセルラーゼ及びβ−グルコシダーゼ（５２５〜７７５  ｐＮＰＧ  Ｕ／ｇ）を含み、且つ、４．６〜５．０のｐＨを有する。酵素複合体のエンドグルカナーゼ活性は、カルボキシメチルセルロースの活性単位（ＣＭＣ  Ｕ）で表され、一方、β−グルコシダーゼ活性は、ｐＮＰ−フルコシド活性単位（ｐＮＰＧ  Ｕ）で報告される。一実施形態において、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）１５００酵素複合体及び、ＮＯＶＯＺＹＭＥ（商標）１８８セロビアーゼのブレンドを使用する。
【０１６２】
発酵剤
発酵において使用される微生物（単数又は複数）は、天然の微生物及び／又は遺伝子操作された微生物とすることができる。例えば、微生物は、セルロース分解細菌などの細菌、酵母などの真菌、藻類などの植物又は原生生物、粘菌などの原虫又は菌状原生生物であり得る。生物に互換性がある場合には、生物の混合物を利用することができる。
【０１６３】
適切な発酵微生物は、グルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、オリゴ糖又は多糖類などの炭水化物を発酵生成物へ変換する能力を有する。発酵微生物は、サッカロミセス（Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ）属の種、例えば、サッカロミセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（パン酵母）、サッカロミセス・ディスタティカス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｄｉｓｔａｔｉｃｕｓ）、サッカロミセス・ウバルム（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｕｖａｒｕｍ）；クリベロミセス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ）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）種；カンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属、例えば、カンジダ・シュードトロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｐｓｅｕｄｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）及びカンジダ・ブラシカ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｂｒａｓｓｉｃａｅ）、ピキアスティピティス（Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｔｉｓ）（カンジダシュハーテの親類）；クラビスポラ（Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ）属、例えば、クラビスポラ・ルシタニエ（Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ  ｌｕｓｉｔａｎｉａｅ）種及びクラビスポラ・オプンティアエ（Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ  ｏｐｕｎｔｉａｅ）種；パキソレン（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ）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（Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ）属、例えば、ブレタノミセス・クラウセニイ（Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ  ｃｌａｕｓｅｎｉｉ）種の株を含む（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  Ｇ．Ｐ．，  １９９６，  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｉｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，  Ｗｙｍａｎ，Ｃ．Ｅ．，  ｅｄ．，  Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＤＣ，  １７９−２１２）。他の適切な微生物は、例えば、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・プニセウム（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）、オーレオバシディウム属、トリコスポロノイデス属、トリゴノプシス・バリアビリス（Ｔｒｉｇｏｎｏｐｓｉｓ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）、トリコスポロン属、Ｍ��ｎｉｌｉｅｌｌａａｃｅｔｏａｂｕｔａｎｓ、シロソウメンタケ科、カンジダ・マグノリア（Ｃａｎｄｉｄａ  ｍａｇｎｏｌｉａｅ）、クロボキン綱（Ｕｓｔｉｌａｇｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）、プセウドジマツクバエンシス（Ｐｓｅｕｄｏｚｙｍａ  ｔｓｕｋｕｂａｅｎｓｉｓ）、チゴサッカロミセス属の酵母種、デバリオマイセス、ハンゼヌラ及びピキア、及び、ｄｅｍａｔｉｏｉｄ属トルラの菌類を含む。
【０１６４】
市販の酵母は、例えば、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，  ａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｕｒｎｓ  Ｐｈｉｌｉｐ  Ｆｏｏｄ  Ｉｎｃ．，  ＵＳＡから入手可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）（Ａｌｌｔｅｃｈ、現在はＬａｌｅｍａｎｄから入手可能）、ＧＥＲＴ  ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  ＡＢ，  Ｓｗｅｄｅｎから入手可能）及び、ＦＥＲＭＯＬ（登録商標）（ＤＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能）を含む。
【０１６５】
他の実施形態
本発明の多数の実施形態を記載してきた。それにもかかわらず、様々な改変が、本明細書の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されるであろう。
【０１６６】
例えば、本明細書で議論した任意の処理工程の処理パラメータは、例えば、参照によって開示全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１２／７０４，５１９号明細書に開示のように、供給原料のリグニン含有量によって調節することができる。
【０１６７】
プロセスは、比較的低い電圧を用いて材料を照射すること、高電圧電子ビーム照射、糖化前の供給原料の煮沸又は浸漬、少なくとも０．５Ｍｅａｄ／秒の線量率の電子ビームのセルロース又はリグノセルロース材料への照射により、材料の構造を変化させるために、セルロース又はリグノセルロース材料を処理することを含む、参照によって開示全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／２７６，１９２号明細書に記載の任意の特徴を含み得る。
【０１６８】
一つの物理的な場所で、本明細書に記載の全てのプロセスを行うことができる一方、いくつかの実施形態において、前記プロセスは、複数の場所で完結され、及び／又は、移動中に行われ得る。
【０１６９】
本明細書に記載の任意のプロセスにより遊離したリグニンは、捕獲して利用することができる。例えば、リグニンは、プラスチックとして捕獲され用いることができ、又は、総合的に他のプラスチックへアップグレードすることができる。いくつかの例において、例えば、熱を提供するために燃焼される、エネルギー源として利用することができる。いくつかの例において、リグニンスルホン酸塩へも変換することができ、これは、結合剤、分散剤、乳化剤又は分離剤として利用することができる。出発供給原料のリグニン含有量の測定は、例えば、リグニン捕獲プロセスにおけるプロセス制御において使用することができる。
【０１７０】
結合剤として使用される場合、リグニン又はリグニンスルホン酸塩は、例えば、石炭練炭中で、セラミック中で、カーボンブラックの結合のため、肥料及び除草剤を結合するため、粉塵抑制剤として、合板及びパーティクルボードの作成時に、動物飼料の結合のために、ガラス繊維の結合剤として、リノリウムペースト中の結合剤として、及び、土壌安定剤として利用することができる。
【０１７１】
分散剤として、リグニン又はリグニンスルホン酸塩を、例えば、コンクリートミックス、粘度及び陶器、染料及び顔料、革なめし及び石膏ボード中で、使用することができる。
【０１７２】
乳化剤として、リグニン又はリグニンスルホン酸塩を、例えば、アスファルト、顔料及び染料、農薬及びワックスエマルジョン中で、使用することができる。
【０１７３】
分離剤として、リグニン又はリグニンスルホン酸塩を、例えば、微量栄養素システム、ボイラー及び冷却システムなどの洗浄化合物及び水処理システムにおいて、使用することができる。
【０１７４】
熱源として、リグニンは、ホモセルロースよりも多くの炭素を含むため、一般的に、ホロセルロース（セルロース及びヘミセルロース）よりも高いエネルギー含有量を有する。例えば、ホモセルロースの１ポンド当たり７，０００〜８，０００ＢＴＵと比較して、乾燥リグニンは、１ポンド当たり約１１，０００〜１２，５００ＢＴＵのエネルギー含有量を有し得る。そのように、リグニンを、高密度化し、燃料用練炭及びペレットへ変換することができる。例えば、リグニンを、本明細書に記載の任意の方法によりペレットへ変換することができる。ペレット又は練炭のゆっくりとした燃焼のために、リグニンは、例えば、０．５Ｍｒａｄ〜５Ｍｒａｄの放射線量を印加して、架橋することができる。架橋は、ゆっくりとした燃焼フォームファクタを作ることができる。ペレット及び練炭などのフォームダクタは、例えば、４００〜９５０℃で、空気の非存在下で熱分解することによって、「合成石炭」又は木炭へ変換することができる。熱分解の前に、構造的完全性を維持するためにリグニンを架橋することが望ましい。
【０１７５】
従って、他の実施形態は、以下の請求項の範囲内である。
【０１７６】
遺伝子組換え植物の例
以下の米国特許及び米国特許出願は、例によって、本明細書に記載のプロセスについて又は本明細書に記載の任意の材料とともに、遺伝子組換え材料（例えば、植物、植物の部分）を開示する。
【表１】
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【図１】
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【図２】
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