(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマスを加工して、有用な中間体および生成物、例えばエネルギー、燃料、食品または材料を生成する方法の提供。【解決手段】バイオマス、例えばセルロース材料および／またはリグノセルロース材料などの原料を処理するのに用いられ得る設備、システムおよび方法が、記載される。例えば擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステムなどの擬似移動床式システムを利用して望ましくない成分を除去することにより、工程流れを上質化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工程流れを上質化させる方法であって、
擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを利用して、糖化バイオマス液から望ましくない成分を除去することを含む、
方法。
【請求項２】
前記糖化バイオマス液が、糖化された難分解性低下セルロース材料またはリグノセルロース材料から得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セルロース材料またはリグノセルロース材料が、電離放射線での処理により難分解性を低下されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電離放射線が、加速電子の形態である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セルロース材料またはリグノセルロース材料が、１種以上の酵素を利用して糖化されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記セルロース材料またはリグノセルロース材料が、１種以上の酸を利用して糖化されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記酸が、硫酸である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記望ましくない成分が、着色体、可溶性リグニン断片、イオン性化合物またはそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記糖化バイオマス液が、１種以上の単糖類（複数可）を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１種以上の単糖類（複数可）が、グルコース、キシロース、アラビノースおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記１種以上の単糖類（複数可）が、約５０ｇ／Ｌ〜約５００ｇ／Ｌの総濃度で存在する、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記１種以上の単糖類（複数可）が、約１００ｇ／Ｌ〜約４００ｇ／Ｌの総濃度で存在する、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記１種以上の単糖類（複数可）が、約１５０ｇ／Ｌ〜約３５０ｇ／Ｌの総濃度で存在する、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記糖化バイオマス液が、第一の濃度で前記擬似移動床式クロマトグラフィーシステムに進入し、前記液が前記第一の濃度の約０．１〜約０．９０倍である第二の濃度で前記擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを出る、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記糖化バイオマス液が、約１％未満の懸濁固体を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記糖化バイオマス液が、約０．１％未満の懸濁固体を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記糖化バイオマス液が、約０．０５ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内の粒径を有する懸濁固体を含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを利用して望ましくない成分を除去する前に、前記糖化バイオマス液を、クロマトグラフィー、濾過、遠心分離、沈殿、蒸留、錯化、脱イオン化およびそれらの組合せからなる群から選択される方法により処理することをさらに含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記糖化バイオマス液が、１種以上の糖類および１種以上の発酵生成物を含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記発酵生成物が、アルコールである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記アルコールが、エタノールである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記１種以上の糖類が、キシロースを含む、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記１種以上の発酵生成物が、蒸留により単離される、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを利用する前に、前記糖化バイオマス液を脱色剤で脱色することをさらに含み、前記脱色剤が、粉末状炭素、顆粒状炭素、押出された炭、骨炭、ビーズ状活性炭、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、磁性樹脂、脱色粘土、ベントナイト、アタパルガイト、モンモリナイト、ホルマイトおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
脱色後に、前記溶液の色が、プラチナ−コバルト法による測定で約１００未満になる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記擬似移動床式クロマトグラフィーシステムが、前記糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された１種以上の樹脂と接触させて、前記望ましくない成分を除去することを可能にする、請求項１〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記１種以上の樹脂が、ポリスチレン系樹脂を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記１種以上の樹脂が、Ａｌ３＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋およびそれらの組合せからなる群から選択されるペンダント陽イオンを含む、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記１種以上の樹脂が、スルホナート基、スルホン酸基、エステル基およびそれらの組合せからなる群から選択されるペンダント官能基を含む、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記１種以上の樹脂が、架橋された樹脂である、請求項２６〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記１種以上の樹脂が、実質的に球形であり、前記樹脂が、約１００ミクロン〜約５００ミクロンの粒径を有する、請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記１種以上の樹脂が、約１ｇ／ｃｃ〜約１．７５ｇ／ｃｃの密度を有する、請求項２６〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記１種以上の樹脂が、約１．０ｍｅｑ／ｍＬを超えるイオン交換能を有する、請求項２６〜３２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】
関連出願の相互参照
本出願は、以下の仮特許出願の優先権を主張するものである：２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，６８４号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７７３号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７３１号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７３５号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７４０号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７４４号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７４６号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７５０号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７５２号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７５４号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７７５号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７８０号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７６１号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７２３号；および２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第６１／７９３，３３６号。これらの仮特許出願それぞれの開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
例を挙げると農業残渣、木質バイオマス、自治体廃棄物、油料種子粕類および海藻など、多くの潜在的リグノセルロース系原料が、今日は入手可能である。現在、これらの材料の多くは、十分に活用されておらず、例えば動物飼料、バイオコンポスト材料として用いられるか、コジェネレーション施設で焼却されるか、または埋め立てられることさえある。
【０００３】
リグノセルロース系バイオマスは、ヘミセルロースマトリックスに包埋され、リグニンに包囲された結晶セルロース原繊維を含む。これが、酵素、ならびに他の化学的、生化学的および／または生物学的工程による接近が困難な緻密なマトリックスを生成する。セルロース系バイオマス材料（例えば、リグニンが除去されたバイオマス材料）は、酵素および他の変換工程により利用し易いが、それでも天然由来のセルロース材料は多くの場合、加水分解酵素と接触させると、低い収率となる（理論収率と比較）。リグノセルロース系バイオマスは、酵素の攻撃に対してより難分解性である。さらにリグノセルロース系バイオマスの各タイプは、それぞれに特有のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの組成を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
概要
本発明は、糖化バイオマス材料から得られた生成物を生成および精製するために用いられる方法および加工設備に関する。一般に該方法は、例えば電子ビームを用いて、難分解性バイオマスを処理すること、そしてその後、難分解性を低下させた材料を糖、例えばキシロースおよびグルコースおよび／または他の生成物、例えばアルコール、例えばエタノールもしくはブタノール、糖アルコール、例えばキシリトール、Ｄ−乳酸、Ｌ−乳酸、コハク酸もしくはピルビン酸の混合物に生化学的および／または化学的に加工することを含む。該方法は、様々な生成物、例えば糖を他の成分から分離することが可能な樹脂を含有する複数のカラム（例えば、直列）を利用する擬似移動床式クロマトグラフィーシステム（ＳＭＢ）（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）を利用して糖化および／または発酵バイオマスから糖または他の生成物を分離することにより、工程流れを上質化させる、または改善することを含む。工程流れ、例えば糖溶液を擬似移動床式システムに供する前に、バイオマス液を処理して、原料の加工時に発生することの多い他の不適当な成分（例えば、不純物）および色素（例えば、着色不純物、着色体）を除去することもできる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、本発明は、擬似移動床式クロマトグラフィーシステム（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）を利用してバイオマス液から望ましくない成分を除去することを含む工程流れを上質化させる方法に関する。例えば望ましくない成分としては、着色体、可溶性リグニン断片、イオン性化合物およびこれらの混合物からなる群の成分を挙げることができる。場合により糖化バイオマス液は、電離放射線（例えば、加速電子の形態）の照射による材料の処理により難分解性を低下させるなどで、難分解性を低下させたリグノセルロースまたはセルロール材料から得ることができる。場合によりバイオマスは、１種以上の酵素および／または１種以上の酸（例えば、硫酸）を用いて糖化されている。バイオマス液としては、例えば糖化バイオマから得られた糖溶液および、例えば入手された糖のうちの１種以上を消費するために発酵された、発酵糖溶液が挙げられる。
【０００６】
幾つかの実行において、糖化バイオマス液は、バイオマス（例えば、セルロースおよび／またはリグノセルロース）を構成する１種以上の糖類および／または単糖類、例えばグルコース、キシロース、アラビノースおよびこれらの混合物からなる群から選択される単糖類が挙げられる。場合により１種以上の単糖類は、約５０ｇ／Ｌ〜約５００ｇ／Ｌ、例えば約１００ｇ／Ｌ〜約４００ｇ／Ｌ、約１５０ｇ／Ｌ〜約３５０ｇ／Ｌ、または約１７５ｇ／Ｌ〜約２７５ｇ／Ｌの総濃度で存在する。加えて本発明は、バイオマス液を第一の濃度で擬似移動床式クロマトグラフィーシステム（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）に進入し、進入濃度の約０．１〜０．９０倍（例えば、約０．２５〜約０．８、約０．３〜約０．７、または約０．４０〜約０．６５）である第二の濃度で擬似移動床式クロマトグラフィーを出る（例えば、除去された望ましくない成分と共に）方法を含むことができる。別の言い方をすれば、成分の少なくとも１つが、ＳＭＢシステムに入る濃度の０．１〜約０．９倍の濃度でＳＭＢシステムを出る、例えば液体の少なくとも１つの成分の初期濃度が１００ｇ／ｍＬであれば、最終濃度は約１０〜９０ｇ／Ｌになり得る。
【０００７】
幾つかの実行において、糖化バイオマス液は、約１％未満、例えば約０．７５％未満、約０．５％未満、約０．４％未満、約０．３％未満、約０．２５％未満、約０．２０％未満、約０．１５％未満、約０．１０％未満、約０．０５％未満、約０．０２５％未満、さらには約０．０１０％未満の懸濁固体を含む。加えて、または独立して、任意の懸濁固体は、約０．０５ミクロン〜約５０ミクロン、例えば約０．１ミクロン〜約２５ミクロン、約０．２ミクロン〜約１０ミクロン、約０．２２ミクロン〜約５ミクロンまたは約０．２５ミクロン〜約１ミクロンの粒径範囲を有し得る。
【０００８】
別の実行において、擬似移動床式クロマトグラフィーシステム（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）を利用して望ましくない成分を除去する前に、糖化バイオマス液を、クロマトグラフィー、濾過、遠心分離、沈殿、蒸留、錯化、脱イオン化およびこれらの方法の組合せからなる群から選択される精製方法により処理することができる。
【０００９】
幾つかの実施形態において、糖化バイオマス液は、１種以上の糖類および１種以上の発酵生成物、例えばアルコール、例えばエタノールを含む。場合により１種以上の糖類は、キシロースを包含し、１種以上の発酵生成物は、エタノールを包含する。場合により１種以上の発酵生成物は、蒸留により単離される。
【００１０】
幾つかの実行において、該方法は、擬似移動床式クロマトグラフィーシステム（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）を利用する前に、糖化バイオマス液を脱色剤で脱色することをさらに含む。例えば脱色剤は、粉末状炭素、顆粒状炭素、押出された炭、骨炭、ビーズ状活性炭、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、磁性樹脂、脱色粘土、ベントナイト、アタパルガイト、モンモリナイト、ホルマイトおよびこれらの組合せからなる群から選択することができる。場合により脱色の後、溶液は、プラチナ−コバルト法による測定で約１００未満、例えば約５０未満、約４０未満、約３０未満、約２０未満、約１０未満、約５未満、さらには約１未満の色を有し得る。
【００１１】
更に別の実行において、擬似移動床式クロマトグラフィーシステム（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）のシステムにより、糖化バイオマス液を、１つ以上のカラムに充填された１種以上の樹脂と接触させて、望ましくない成分を除去することができる。例えば樹脂は、ポリスチレン系樹脂を含むことができる。代わりまたは追加として、１種以上の樹脂が、Ａｌ３＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋およびこれらの組合せからなる群から選択されるペンダント陽イオンをさらに含むことができる。場合により１種以上の樹脂は、スルホナート基、スルホン酸基、エステル基およびこれらの組合せからなる群から選択されるペンダント官能基を含む。場合により１種以上の樹脂は、ジビニルベンゼンなどのジビニル化合物１種以上による架橋など、架橋された樹脂である。場合により１種以上の樹脂は、実質的に球形であってもよく、樹脂は、約１００ミクロン〜約５００ミクロン、例えば約１５０ミクロン〜約４００ミクロン、約２００ミクロン〜約３５０ミクロンの粒径を有することができる。場合により１種以上の樹脂は、約１ｇ／ｃｃ〜約１．７５ｇ／ｃｃ、例えば約１．１ｇ／ｃｃ〜約１．４ｇ／ｃｃまたは約１．２ｇ／ｃｃ〜約１．３５ｇ／ｃｃの密度を有することができる。１種以上の樹脂は、約１．０ｍｅｑ／ｍＬを超える、例えば約１．１ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．２ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．３ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．４ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．６ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．７５ｍｅｑ／ｍＬを超える、約２ｍｅｑ／ｍＬを超える、さらには約２．３ｍｅｑ／ｍＬを超える、イオン交換能を有することができる。
【００１２】
バイオマスから得られた糖溶液を精製すれば、例えば食品、医薬または化学の業界で、利用され得るより貴重な生成物がもたらされる。例えば望ましくない成分を含まない糖を、ヒトおよび動物の消費に向けた食品供給源として利用することができる。糖は、技術的に重要な発酵のための炭水化物供給源として利用することもできる。あるいはこれらの糖を他の生成物、例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる２０１３年３月７日出願の米国特許出願第１３／９３４，７０４号に記載されるポリオールおよびフルフラルに変換することができる。
【００１３】
本発明の実行は、場合により以下に要約された特色の１つ以上を含むことができる。幾つかの実行において、選択された特色は、いずれの順序で適用または活用することができ、他の実行においては、特別な選択された順番が適用または活用される。個々の特色を、いずれかの順番で連続的に１回を超えて適用または活用することができる。加えて、適用または活用される特色の全体的な順番、または順番の一部を、一回、繰り返し、または連続していずれかの順序で適用または活用することができる。幾つかの選択的実行において、特色は、当業者に決定される、異なる、または適宜同一の、設定された、または変動する、定量的または定性的パラメータを提供または利用することができる。例えばサイズ、個々の寸法（例えば、長さ、幅、高さ）、使用場所、使用の程度（例えば、難分解性などの程度）、使用期間、使用頻度、密度、濃度、強度および速度は、適宜、当業者に決定される通り、変動しても、または設定されていてもよい。
【００１４】
例えば特色は、工程流れを上質化させる方法；糖化バイオマス液から望ましくない成分を除去すること、擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを利用すること；糖化バイオマス液が糖化された難分解性低下セルロースまたはリグノセルロース材料から得られること；セルロースまたはリグノセルロース材料が電離放射線での処理により難分解性を低下されていること；セルロースまたはリグノセルロース材料が加速電子での処理により難分解性を低下されていること；セルロースまたはリグノセルロース材料が１種以上の酵素を利用して糖化されていること；セルロースまたはリグノセルロース材料が１種以上の酸を利用して糖化されていること；セルロースまたはリグノセルロース材料が硫酸を利用して糖化されていること；糖化バイオマス液中の望ましくない成分が着色体を含むこと；糖化バイオマス液中の望ましくない成分が可溶性リグニン断片を含むこと；糖化バイオマス液中の望ましくない成分がイオン性化合物を含むこと；糖化バイオマス液が１種以上の単糖類を含むこと；糖化バイオマス液がグルコースを含むこと；糖化バイオマス液がキシロースを含むこと；糖化バイオマス液がアラビノースを含むこと；糖化バイオマス液が約５０ｇ／Ｌ〜約５００ｇ／Ｌの総濃度で存在する１種以上の単糖類（複数可）を含むこと；糖化バイオマス液が約１００ｇ／Ｌ〜約４００ｇ／Ｌの総濃度で存在する１種以上の単糖類（複数可）を含むこと；糖化バイオマス液が約１５０ｇ／Ｌ〜約３５０ｇ／Ｌの総濃度で存在する１種以上の単糖類（複数可）を含むこと；糖化バイオマス液が第一の濃度で擬似移動床式クロマトグラフィーシステムに進入し、該液が第一の濃度の約０．１〜約０．９０倍である第二の濃度で擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを出ること；糖化バイオマス液が約１％未満の懸濁固体を含むこと；糖化バイオマス液が約０．１％未満の懸濁固体を含むこと；糖化バイオマス液が約０．０５ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内の粒径を有する懸濁固体を含むこと；糖化バイオマス液が擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを利用して望ましくない成分を除去する前にクロマトグラフィーを含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が擬似移動床式クロマトグラフィーシステムを利用して望ましくない成分を除去する前に濾過を含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が遠心分離を含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が沈殿を含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が蒸留を含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が錯化を含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が脱イオン化を含む方法により上質化されること；糖化バイオマス液が１種以上の糖類および１種以上の発酵生成物を含むこと；糖化バイオマス液が１種以上の糖類および発酵生成物である１種以上のアルコールを含むこと；糖化バイオマス液が１種以上の糖類および発酵生成物であるエタノールを含むこと；キシロースおよび１種以上の発酵生成物を含む糖化バイオマス液；１種以上の糖類および１種以上の発酵生成物を含む糖化バイオマス液であり、発酵生成物が蒸留により単離されること；糖化バイオマス液を脱色剤で脱色すること；粉末状炭素を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；顆粒状炭素を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；押出された炭を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；骨炭を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；ビーズ状活性炭を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；スチレン系樹脂を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；アクリル系樹脂を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；磁性樹脂を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；脱色粘土を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；ベントナイトを利用して糖化バイオマス液を脱色すること；アタパルガイトを利用して糖化バイオマス液を脱色すること；モンモリナイトを利用して糖化バイオマス液を脱色すること；ホルマイトを利用して糖化バイオマス液を脱色すること；溶液の色がプラチナ−コバルト法による測定で約１００未満になるように脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された１種以上のポリスチレン系樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＡｌ３＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＭｇ２＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＣａ２＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＳｒ２＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＬｉ１＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＮａ１＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＫ１＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントＲｂ１＋イオンを有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントスルホナート基を有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントスルホン酸基を有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填されたペンダントエステル基を有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された１種以上の架橋樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された実質的に球形で約１００ミクロン〜約５００ミクロンの粒径を有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された約１ｇ／ｃｃ〜約１．７５ｇ／ｃｃの密度を有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること；糖化バイオマス液を１つ以上のカラムに充填された約１ｍｅｑ／ｍＬを超えるイオン交換能を有する１種以上の樹脂と接触させて望ましくない成分を除去すること、を含む。
【００１５】
本発明の他の特色および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な擬似移動床式システム（ＳＭＢ）の図式による概要である。
【図２】糖化材料を精製するための工程を示す流れ図である。
【図３】発酵溶液を精製するための工程を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
本明細書に記載された方法およびシステムを利用して、例えばバイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、紙、および自治体廃棄物バイオマス）から供給される可能性があり、多くは即座に入手されるが加工が困難である、セルロース原料および／またはリグノセルロース原料を、キシロースおよびグルコースなどの糖を含有する溶液に変換することが可能であり、場合により他の有用な生成物（例えば、エタノールおよびブタノールなどのアルコール）に更に加工することが可能である。擬似移動床式クロマトグラフィー（ＳＭＢ）（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー、改善された擬似移動床式クロマトグラフィー、連続擬似移動床式クロマトグラフィーおよび／または関連のシステム）を利用することにより所望の糖溶液から不純物または望ましくない成分を除去するための方法およびシステムが、含まれる。例えば直列のクロマトグラフィーカラムを使用するシステム。
【００１８】
糖溶液およびそれから得られる生成物を製造する工程が、本明細書に記載される。これらの工程は、例えばセルロース原料および／またはリグノセルロース原料を場合により機械的に処理することを含んでいてもよい。この処理の前および／または後に、原料を別の処理、例えば照射、水蒸気爆発、熱分解、音波処理および／または酸化で処理して、難分解性を低下させる、または更に低下させることができる。追加または代わりとして、バイオマスを酸（Ｈ２ＳＯ４、ＨＣＬ、Ｈ３ＰＯ４）、塩基（ＫＯＨ）、酸化剤およびこれらの組合せなどの化学溶液で処理することができる。化学溶液での処理および物理的処理は、個々の処理をいずれかの順序で組合せることができ、場合により繰り返し適用することができる。
【００１９】
処理された（例えば、照射された）バイオマス原料を、１種以上の酵素および／または１種以上の酸、例えば硫酸（例えば、１〜１０重量％、１〜５重量％もしくはそれを超える、例えば１０〜２０重量％、または幾つかの実施形態において、１０重量％未満）の添加で糖化することにより、糖が高濃度である溶液を生成することができる。幾つかの他の生成物を、例えばエタノールなどのアルコールへの発酵により、またはキシリトール、ソルビトールなどの糖アルコールへの還元により、糖溶液から得ることができる。発酵の生成物は、任意の発酵されていない糖を含む糖溶液（例えば、第二の糖溶液、発酵された糖溶液）を含むことができる。幾つかの実施形態において、糖化材料は、発酵され、その後発酵生成物（例えば、アルコール、酸）を、蒸留（例えば、真空蒸留）または他の手段（例えば、樹脂での抽出）により精製して、少なくとも１種の非発酵糖が高濃度である溶液を含む蒸留残渣を生成することができる。例えば糖化材料は、グルコースをエタノールに選択的に発酵させる生物体で処理することができ、エタノールは、留去して、少なくとも約４００ｇ／Ｌ、例えば約１０、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２５０、３２５、または３７５ｇ／Ｌのキシロース、および１〜８０％、例えば１〜１０％、１０〜２０％、２０〜３０％、３０〜４０％、４０〜５０％、５０〜６０％、６０〜７０％、７０〜８０％、５〜２５％、２５〜５０％、５０〜７５％の溶解された固体を含む蒸留残渣を生成することができる。
【００２０】
糖化および場合により更に加工された（例えば、発酵および／または蒸留された）セルロース材料またはリグノセルロース材料は、１種以上の単糖類、例えばグルコース、キシロースおよびアラビノースを含む溶液を生成することができる。糖化および／または発酵されたセルロース系またはリグノセルロース系バイオマス液中のこれらの単糖類の総濃度は、約５０ｇ／Ｌ〜約５００ｇ／Ｌ（例えば、約１００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌ、約１５０ｇ／Ｌ〜３５０ｇ／Ｌ、または約１７５ｇ／Ｌ〜２７５ｇ／Ｌであってもよい。これらの濃度範囲は、溶液の濃縮もしくは希釈濃度であってもよく、そして／またはこれらの溶液は、本明細書に記載された任意の加工の前、加工時もしくは加工後に（例えば、ＳＭＢでの加工の前、加工時または加工後に）、更に濃縮もしくは希釈することができる。例えば溶液は、元の容量の約０．１０〜５０倍（例えば、約０．１〜２０倍、約０．１〜１０倍、約０．１０〜８倍、約０．２５〜約８倍、約０．３〜約７倍、約０．４〜約６．５倍、約０．１０〜５倍、約０．１５〜３倍、約０．１〜２．５倍、約０．１０〜１倍）希釈することができ、例えば元の容量が１００Ｌであり、その溶液が０．４倍希釈される場合、最終溶液は１４０Ｌになる。溶液は、元の容量の約０．１〜０．９倍（例えば、約０．１〜０．７５倍、約０．１〜０．５倍、約０．１〜０．２５）濃縮することができ、例えば元の容量が１００Ｌであり、それが０．４倍濃縮される場合、最終溶液は６０Ｌになる。
【００２１】
糖化および任意選択の他の加工（例えば、発酵および／または蒸留）の後、糖溶液は、約５０重量％以下の、例えば約１〜５０重量％、約２〜４０重量％、約３〜２５重量％、約５〜２５重量％、約４０〜５０重量％、約３０〜４０重量％、約１０〜２０重量％、約１〜５重量％、約１０〜４０重量％、約５０重量％未満、約４０重量％未満、約３０重量％未満、約２０重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．０１重量％未満の濃度で存在する、糖でない懸濁または溶解固体を含むことができる。これらの溶液は、例えば少なくとも約５比濁計濁度単位（ＮＴＵ）（例えば、少なくとも約１０ＮＴＵ、少なくとも約５０ＮＴＵ、少なくとも約１００ＮＴＵ、少なくとも約２００ＮＴＵ、少なくとも約３００ＮＴＵ、少なくとも約４００ＮＴＵ、さらには約５００ＮＴＵを超える）であると測定された、高い濁度を有することができる。多くの場合、未溶解固体と、溶解された固体の一部を除去することが望ましい。未溶解固体（例えば、残渣）は、濾過（例えば、ロータリー真空ドラム式濾過）および遠心分離（例えば、連続遠心分離）により除去することができる。溶解された不純物の一部は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、エチルエーテルおよびテトラヒドロフランなどの溶媒で溶液を処理することにより沈殿させてもよく、その後、沈殿物を濾過または遠心分離により除去することができる。加えて、糖溶液は、例えば約１０重量％以下（例えば、約９重量％以下、約８重量％以下、約５重量％以下、約２重量％以下、約１重量％以下、約０．１量％〜５重量％、約１量％〜５重量％、約２量％〜５重量％、約０．１量％〜１重量％、約０．０１量％〜１重量％、約０．００１量％〜０．１重量％）の酵素を有することができる。酵素（例えば、酵素の一部、タンパク質）は、変性（例えば、酸、塩基の添加、加熱および／または溶媒添加による）により沈殿させることができる。二酸化炭素および水酸化カルシウムでの処理（例えば、過剰石灰処理）もまた、不適切な化合物、例えばリグニン由来の生成物／不純物および酵素およびタンパク質を沈殿させるのに効果的になり得る。
【００２２】
好ましくはＳＭＢにより加工された溶液は、約１％未満（例えば、約０．７５％未満、約０．５％未満、約０．４％未満、約０．３％未満、約０．２％未満、約０．１５％未満、約０．１％未満、約０．０５％未満、約０．０２５％未満、さらには約０．０１０％未満、約０．０１〜０．１％、約０．０１〜０．７５％、約０．０１〜０．５％、約０．０１〜０．２５％、約０．０１〜０．０５％）の懸濁固体を有する。懸濁固体（例えば、粒子および凝集体）の粒径および形態もまた、非常に様々であり得る。例えば平均粒径（例えば、光散乱により決定される）は、約０．０５〜５０ミクロン（例えば、約０．１〜２５ミクロン、０．２〜１０ミクロン、０．２２〜５ミクロン、０．２５〜１ミクロン）になり得る。固体を除去した後、溶液は、約５０ＮＴＵ未満（例えば、約１０ＮＴＵ未満、約５ＮＴＵ未満）の濁度を有していてもよい。
【００２３】
構成する不適切な成分に加えて、本明細書に記載されたバイオマス加工（例えば、糖化、発酵および／または蒸留）から生成された有機および無機由来成分の一部は、最終生成物に望ましくない着色を付与し得る着色体を含む可能性がある。有機不純物の分子量および官能基は、例えばカルボキシラート基、エステル基、ケトン基、不飽和脂肪族基、フェノール基、アミド基、アミン基、ヒドロキシル基および／または芳香族基（例えば、芳香族発色団）をはじめとし、非常に様々であり得る。着色不純物としては、リグニンおよびリグニン由来生成物、例えばポリフェノール、フェノール、フェノール誘導体、芳香族化合物、可溶性リグニン断片および不溶性リグニン断片を挙げることができる。他の着色不純物は、バイオマスの多糖部分から得られる。一部の色素は、着色無機材料（例えば、鉄）に関連する可能性もある。糖業界において、生じる色素を、少なくとも４つの群：カラメル色、類メラニン、メイラード反応生成物、およびフェノール系生成物、に分類した。多くの場合、着色不純物の量は、極めて少量であり、例えば生成物の約１０重量％未満（例えば、約５重量％未満、約１重量％未満、約０．１重量％未満、約０．０１重量％未満）である。溶液は、本明細書に記載されたＳＭＢシステムに直接使用することができ、またはＳＭＢシステムで用いられる前に部分的もしくは完全に脱色させることができる。例えば着色不純物は、溶液から濾別すること、破壊すること（例えば、化学分解）、および／または溶液から沈殿させることができる。用いられ得る幾つかの可能な色素除去剤は、粉末上炭素、顆粒状炭素、押出された炭、骨炭またはビーズ状活性炭またはカーボンブラック；スチレン系樹脂（例えば、ＤＯＷＥＸ（商標）ＳＤ−２）、アクリル系または磁性樹脂および脱色粘土、例えばベントナイト、アタパルガイト、モンモリナイト、ホルマイトおよびこれらの組合せである。イオンは、一般には有機不純物を除去した後に、除去することができる。イオン性化合物は、例えばイオン交換樹脂および／または電気透析を利用することにより、除去することができる。溶液をこれらの色素除去剤により、そして場合によりまたは代わりにＳＭＢを利用して処理した後、溶液の色素は、プラチナ−コバルト法（ＡＳＴＭ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｄ１２０９）による測定で約２００未満（例えば、１００未満、５０未満、約４０未満、約３０未満、約２０未満、約１０未満、約５未満、さらには約１未満）になる。ＳＭＢは、糖溶液から有機物由来の着色体を除去するのにも、先の方法と組合せて、またはその代わりとして、特に効果的になり得る。
【００２４】
ＳＭＢは、図１に示された固体（固定相）の一定の流れに対して向流移動する液体（移動相）の流れに基づくクロマトグラフィー技術である。向流は、分離能力を高め、つまりその工程をより効率的にする。それは、分離される供給材料の連続流動を可能にして、伝統的なバッチクロマトグラフィーに比較し、設備の処理能力を改善する。固体の一定の流れを提供することは、製造工程において非実用的である。それゆえ代わりに固体が、高圧カラムに充填される。図１に示された通り、これらのカラムは、順序通り、例えば環状形態に配列され、１区分あたりに１つ以上のカラムを含む４つの区分で構成される。２つの入口流れ（供給物および溶離液）および２つの出口流れ（抽出物および抽残液）が、カラムリングに、そしてカラムリングから交互の順序に流れる。カラムは、容易に移動しないため、入口および出口の位置は、規則的時間間隔で液体流れの方向に切り替わり、こうしてカラムの向流移動が模擬される。区分ＩＩおよびＩＩＩの流速は、そこが分離が起こる箇所であるため重要である。区分ＩおよびＩＶは、生成物の「浄化」を取り扱う。区分ＩＶを出た移動相は、区分Ｉに直接再循環される。より多くの保持された化合物を高速で放出することにより、固体がそこで再生されて、カラム全体が区分ＩＶに「移動」し得る。
【００２５】
固定相は、図１のカラム１〜８として表された個々のカラムに配設されている（例えば、充填されている）。カラムは、直列に連結されており、固定相は、不純物から糖溶液を分離することが可能な樹脂を含む。一般に、架橋された（例えば、ジビニルベンゼンで）強酸性陽イオン交換樹脂（ＳＡＣ樹脂）は、ビーズの形態で利用される。これらの樹脂は、プロトンが完全にまたは部分的に陽イオンで交換されたスルホン酸官能基を含むため、樹脂はペンダント陽イオンを含む。幾つかの陽イオンとしては、例えばＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃｓ＋、Ｒｂ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｓｒ２＋、Ａｌ３＋またはこれらの組合せが挙げられる。樹脂は、１．０ｍｅｑ／ｍＬ（例えば、約１．１ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．２ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．３ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．４ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．６ｍｅｑ／ｍＬを超える、約１．７４ｍｅｑ／ｍＬを超える、約２ｍｅｑ／ｍＬを超える、さらには約２．３ｍｅｑ／ｍＬを超えるイオン交換能を有し得る。ビーズは、例えば樹脂により画定された狭い溝および孔の中に水素結合された水と自由水とを有するゲルであってもよい。水の量は、約２０〜８０％（例えば、約３０〜７０％、約４０〜７０％、約３０〜６０％、約４０〜６０％、約５７〜６７％、約３５〜４５％、約４３〜５０％、約５７〜６７％、約３２〜４２％、約５８〜６８％、約５２〜５８％、約４６〜５２％、約３７〜４３％、約５３〜５９％、約４５〜５２％、約４５〜５５％、約４３〜５０％）であってもよい。糖は、狭い溝および孔に進入することができ（例えば、これらの孔および溝の中の水に溶解または拡散することができ）、陽イオンに結合することができる（リガンドにライゲートすることができる）。結合の度合いは、糖の構造に依存し得る。例えばグルコースおよびキシロースは、一般にはフルクトースよりも強くカルシウムに結合し、それゆえグルコースおよびキシロースは、カルシウム交換ＳＡＣ樹脂によってより強く保持される。より大きな分子、例えばオリゴマーおよびポリマー（例えば、これまで議論された不純物の一部および二糖類、三糖類、オリゴ糖類、多糖類）は、一般に、樹脂ビーズの小さな孔および溝から排除され、それゆえ固定相を通してかなり急速に溶出する。
【００２６】
一部の樹脂およびその使用は、その開示全体が本明細書に組み入れられる、付録に記載されている。例えば本明細書に記載された設備、システムおよび工程において用いられ得る樹脂としては、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＳＫ１０４、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＳＫ１１０、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＳＫ１１２、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＰＫ２０８、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＰＫ２１２、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＰＫ２１６、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＰＫ２２０、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＰＫ２２８、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＵＢＫ５３０、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＵＢＫ５５０、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＵＢＫ５３５、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＵＢＫ５３５、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＵＢＫ５５５、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＷＫ１０、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＷＫ１１、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＷＴ１００、ＤＩＡＩＯＮ（商標）  ＳＫ１Ｂ  ＷＫ４０、ＤＯＷＥＸ  ８８、ＤＯＷＥＸ  ２２、ＤＯＷＥＸＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）  ８８、ＤＯＷＥＸＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）  ７７、ＤＯＷＥＸＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）  ８８およびＤＯＷＥＸ  ＯＰＴＩＰＯＲＥ  ＳＤ−２が挙げられる。
【００２７】
ビーズは、サイズが様々になり得る。一般には小さいビーズほど、互いに、そしてより大きな分子から糖を良好に分離させることができるが、この分離は、より大きな圧力降下を犠牲にする。それゆえ入手したビーズ／調製したビーズの注意深い選択が、望ましい特定の糖溶液および分離に必然的に依存する。例えばビーズは、概ね球形になり得、樹脂は平均の粒径が約１００ミクロン〜約５００ミクロン、例えば約１５０ミクロン〜約４００ミクロン、約２００ミクロン〜約３５０ミクロンを有する。狭いビーズ粒径分布、例えば平均粒径の前後に約＋１００ミクロンおよび−１００ミクロン径（例えば、＋／−５０ミクロン、＋／−４０ミクロン、＋／−３０ミクロン、＋／−２０ミクロン、＋／−１５ミクロン、＋／−１０ミクロン）のビーズ径も望ましくなり得る。ビーズの密度は、例えば約１ｇ／ｃｃ〜約１．７５ｇ／ｃｃ（例えば、約１．１〜１．４ｇ／ｃｃ、約１．２〜１．３５ｇ／ｃｃ）であってもよい。
【００２８】
ＳＡＣ樹脂は、広いｐＨ範囲（例えば、少なくとも約２〜１０）で使用することができる。ＳＡＣ樹脂は、熱安定性もあり、少なくとも約１４０℃まで（例えば、約１３０℃まで、約１２０℃まで）使用可能である。
【００２９】
糖化および／または発酵された原料（例えば、キシロース、グルコース、アラビノース、グリセロール、ラクトース、キシリトール、溶解された固体およびアルコール、例えばエタノール、ブタノールを含み得る）および溶離液（例えば、水、アセトニトリル、エーテル、ヘキサン、アセトン、メタノールおよびテトラヒドロフランなどの移動相）を、図１の「供給物」および「溶離液」の矢印に示される通りシステムに供給される。２つの排出流れ：より多くの保持成分または複数の保持成分を含む抽出と、より少ない保持成分または複数の保持成分を含む抽残液と、が存在する。分離は、供給混合物成分とカラム材料との異なる相互作用により行われる。カラム材料とより強く相互作用する成分は、カラム材料により多く保持され（例えば、より長い保持時間を有し）、カラム中により早期に濃縮されて抽出物に運搬され得るが、相互作用の弱い成分は、抽残液に移動する。カラムの間のバルブ（図に示されていない）は、定期的間隔で（切替え時間に）計画的に開放または閉鎖を切替えて、分離ゾーンの間で入口流れ（供給物および溶離液）を導入し、出口流れ（抽出物および抽残液）を放出する。バルブの切替えは、固定相の向流移動を模擬するような時機に合わせている。流れの流速、切替え時間、温度、および溶離液組成を調整することにより、周期が確定されて、供給物および溶離液が連続的に添加され、高度に精製された生成物が連続的に回収される。流れが、純粋な抽出物および抽残液を回収する時機に合わせて、サイクルの各ステップの際に一方のカラムの前方で切替えられる。
【００３０】
ＳＭＢにより作られる固定相および移動相の向流の流れは、固定相と移動相の極めて効率的な利用を可能にする。単一カラムシステムにおいて、分離は、実際には任意の一回の時間にカラムの小分画で行われ、カラムの残り部分は、溶媒を占有することおよびバンドを広げること以外の機能を実践しない。ＳＭＢにより、直列の小さなカラムが、１つの大きなカラムの代わりに使用される。ＳＭＢは、大きな単一のカラムを得ること、操作すること、および維持することに関連するコストを生じずに、本質的に「無限の」カラムベッド長を提供する。
【００３１】
幾つかの実施形態において、ＳＭＢは、糖化および発酵バイオマスの蒸留残渣から、溶離液で希釈されたキシロースがほとんどを構成する（例えば、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、さらには実質的に１００％純粋な）抽出物を提供することができる。抽残液または廃液流れは、およそ全て（例えば、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、さらには実質的に１００％）の望ましくない生成物（例えば、不純物）を含み、例えば不純物は、溶離液で希釈された芳香族発色団を含み得る。ＳＭＢの工程は、カラム条件を変更して、約７．５、５、４．５、４、３．５、３、２．５、２、１．５、１．３、１．２さらには１．１の生成物流れ／供給物流れ比および約７．５、５、４．５、４、３．５、３、２．５、２、１．５、１．３、１．２さらには１．１の初期廃液流れ／供給物比を与えることにより、操作／改良することができる。
【００３２】
先に議論された通り、糖およびアルコールなどの生成物に加えて、糖化および発酵などの工程によりバイオマスから得られた溶液は、様々な懸濁または溶解化合物および／または材料（例えば、固体）などの固体を含み得る。例えば溶液は、酵素（例えば、酵素、活性酵素、変性酵素の一部）、アミノ酸、栄養素、生存細胞、死亡細胞、細胞屑（例えば、溶解した細胞、酵母抽出物）、酸、塩基、塩（例えば、ハロゲン化物、硫酸塩、およびリン酸塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、遷移金属塩）、部分加水分解生成物（例えば、セルロースおよびヘミセルロース断片）、リグニン、リグニン残渣、無機固体（例えば、珪質材料、粘土、カーボンブラック、金属）、糖化および／または発酵バイオマスの残遺物、ならびにそれらの組合せを含み得る。幾つかの例において、酵素は、機能する状態で存在することができ、例えば酸、塩基を添加すること、加熱すること、および／または変性剤もしくはプロテアーゼを添加することにより、変性される。酵素を変性させて、例えば本明細書に記載された方法により、その除去を容易にすることができる。バイオマスの糖化に用いられる幾つかのセルロース分解酵素は、酸性領域、例えば約ｐＨ２〜６（例えば、約３〜６、約４〜６、約４〜５）で最良に動作する。精製される（例えば、ＳＭＢにより）溶液は、ｐＨ調整を行わずに使用することができ、または場合によりｐＨを、糖化後に上方もしくは下方に調整することができる。幾つかの実施形態において、ＳＭＢシステムにおいて用いられる溶液は、それゆえ広い範囲から選択されるｐＨ値を有することができる。場合によりこれらの不純物は、バイオマス溶液をＳＭＢに供する前に除去または減少させることができる。特に、カラムを覆う、塞ぐ、充填する、さもなければカラムの機能を妨害する可能性がある不純物（例えば、ポリマー、タンパク質、沈殿物）を除去することは、有利となり得る。例えば糖溶液は、ＳＭＢ工程に供される前に、ロータリードラム式濾過、濾過、過剰石灰処理および／または脱色などの精製工程を受けてもよい。
【００３３】
本発明の別の実施形態を、図２を参照して記載する。糖溶液およびそれから得られた生成物を製造するための工程は、例えばセルロース原料および／またはリグノセルロース原料を場合により機械的に処理すること、を含む。この処理の前および／または後に、原料を別の物理的処理（例えば、照射、音波処理、酸化、水蒸気爆発および／または熱分解）で処理して、難分解性を低下または更に低下させることができる２１２。糖溶液は、例えば１種以上の酵素、酸および熱を加えることで（例えば、いずれかの順序および／または組合せで）、難分解性低下原料を糖化することにより２１４、形成される。ステップ２１４からの糖溶液は、その後、ＳＭＢ２１６などの分離工程を利用して加工されて、抽残液流れ２２６および抽出物流れ２２４を生成することができる。ＳＭＢは、キシロースおよびグルコースを含む抽出溶液を生成する好ましい方法である。抽残液は、着色体およびイオンを含む。幾つかの実施形態において、イオン除去ステップ（例えば、イオン交換カラムを用いる）などの更なるステップを、例えばＳＭＢの前に利用することができる。
【００３４】
更に別の実施形態において、ＳＭＢは、図３に示される通り、連続で利用することができる。ステップ２１２および２１４が、記載されている。１種の糖を選択的に発酵する生物体、例えばグルコース発酵生物体を用いて、糖化材料を発酵させることができる３１２。グルコース発酵ステップにおいて、発酵の生成物は、発酵生成物、キシロース、イオンおよび着色体を含む溶液である。発酵された溶液は、その後、第一の分離工程、例えば第一のＳＭＢステップ３１６で加工することができる。第一のＳＭＢ加工は、抽出物３２４流れ、例えばキシロースを含む溶液を生成する。第一のＳＭＢ加工ステップは、抽残液流れ３２６、例えば発酵生成物、イオンおよび着色体を含む溶液も生成する。抽残液流れ３２６は、第二の分離工程３３０、例えば第二のＳＭＢステップを利用して加工することができる。第二のＳＭＢステップは、抽出物３３２、例えば発酵生成物を含有する溶液、および抽残液３２４を生成することができる。幾つかの実施形態において、イオン除去ステップ（例えば、イオン交換カラムを利用する）などの更なるステップを、例えばＳＭＢの前に、利用することができる。幾つかの実施形態において、発酵生成物は、アルコール（例えば、エタノール、ブタノール）または酸（例えば、酪酸、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸）であってもよい。
【００３５】
原料を処理するシステム
精製のシステム、方法および設備（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー）を、先に記載された通り、そして本明細書のいずれの箇所にも記載される通り加工された材料に適用することができる。
【００３６】
例えば、原料を砂糖および他の製品に変換する工程は、例えばこの処理の前および／または後にサイズを減少させるために、原料を場合により物理的に前処理すること、難分解性を低下させるために原料を場合により処理すること（例えば、照射による）、および原料を糖化して糖溶液を形成すること（例えば、これまで記載された通り、そして本明細書で繰り返し述べられ展開された通り）、を含むことができる。糖化は、以下に詳細に議論される通り、液体媒体、例えば水の中の原料の分散体を酵素と混合することにより実施することができる。糖化の間または糖化の後、混合物（例えば、糖化が配送途中で部分的または完全に実施される場合）また溶液を、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、製造プラントに運搬することができる。プラントでは、溶液をバイオプロセシング、例えば発酵することができ、所望の生成物または中間体を生成し、その後、例えば蒸留および擬似移動床式クロマトグラフィーにより、さらに加工することができる。個々の加工ステップ、用いられた材料、ならびに形成され得る製品および中間体の例を、以下に詳細に記載する。それゆえこれらの方法に加えて、精製のシステム、方法および設備（例えば、擬似移動床式クロマトグラフィー）を、例えば更なる加工ステップとして適用することができる。
【００３７】
照射処理
原料は、照射により処理されて、難分解性を低下させるように構造を改良することができる。そのような処理は、例えば原料の平均分子量を低下させ、原料の結晶構造を変化させ、そして／または原料の表面積および／もしくは多孔性を増加させることができる。照射は、例えば電子ビーム、イオンビーム、１００ｎｍ〜２８ｎｍの紫外（ＵＶ）線、γ線またはＸ線照射であってもよい。照射処理および処理用システムは、米国特許第８，１４２，６２０号および米国特許出願第１２／４１７，７３１号で議論されており、それらの開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００３８】
照射の各形態は、照射エネルギーにより決定される特定の相互作用を介してバイオマスをイオン化する。重荷電粒子は、主にクーロン散乱を介して物体をイオン化し、さらにこれらの相互作用が、物体をさらにイオン化し得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、様々な放射性核種、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、複数のアクチニド系列、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、カリホルニウム、アメリシウム、およびプルトニウムの同位体のα崩壊により生じる。電子は、電子の速度変化により生じたクローン散乱および制動放射を介して相互作用する。
【００３９】
粒子が用いられる場合、それらは、中性（非電荷）、正電荷または負電荷であってもよい。電荷を帯びている場合、荷電粒子は、単一の正もしくは負電荷、または多重電荷、例えば１、２、３、もしくは４つ以上の電荷を帯びることができる。炭水化物含有材料の分子構造を変化させるために分子鎖切断が望ましい場合には、酸性であることを一部の理由として、正の電荷を帯びた粒子が望ましい場合がある。粒子が用いられる場合、粒子は、静止電子の質量、またはそれを超える、例えば静止電子の質量の５００、１０００、１５００、または２０００倍またはそれを超える質量を有することができる。例えば該粒子は、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原子単位〜約２５原子単位、例えば１、２、３、４、５、１０、１２、または１５原子単位の質量を有することができる。
【００４０】
γ線は、試料中の様々な材料への顕著な浸透深さという利点を有する。
【００４１】
照射が電磁放射線で実施される実施形態において、電磁放射線は、例えば１０２ｅＶを超える、例えば１０３ｅｖを超える、１０４、１０５、１０６、または１０７ｅＶを超える光子あたりのエネルギー（電子ボルトで）を有することができる。幾つかの実施形態において、電磁放射線は、１０４〜１０７、例えば１０５〜１０６ｅＶの光子あたりのエネルギーを有することができる。電磁放射線は、例えば１０１６Ｈｚを超える、１０１７Ｈｚを超える、１０１８Ｈｚ、１０１９Ｈｚ、１０２０Ｈｚ、または１０２１Ｈｚを超える周波数を有することができる。幾つかの実施形態において、電磁放射線は、１０１８〜１０２２Ｈｚ、例えば１０１９〜１０２１Ｈｚの周波数を有する。
【００４２】
電子衝撃は、１０ＭｅＶ未満、例えば７ＭｅＶ未満、５ＭｅＶ未満、または２ＭｅＶ未満、例えば約０．５〜１．５ＭｅＶ、約０．８〜１．８ＭｅＶ、または約０．７〜１ＭｅＶの公称エネルギーを有する電子ビームデバイスを用いて実施されてもよい。幾つかの実行において、公称エネルギーは、約５００〜８００ｋｅＶである。
【００４３】
電子ビームは、比較的高い総ビーム出力（全ての加速ヘッドのビーム出力を合せたもの、または複数の加速器が用いられる場合には、全ての加速器および全てのヘッドのビーム出力を合せたもの）、例えば少なくとも２５ｋＷ、例えば少なくとも３０、４０、５０、６０、６５、７０、８０、１００、１２５、または１５０ｋＷを有していてもよい。幾つかの例において、該出力は、５００ｋＷ、７５０ｋＷ、または１０００ｋＷ以上にも上る。幾つかの例において、電子ビームは、１２００ｋＷ以上、例えば１４００、１６００、１８００、または３０００ｋＷのビーム出力を有する。
【００４４】
この高い総ビーム出力は、通常、複数の加速ヘッドを用いることにより実現される。例えば電子ビームデバイスは、２、４、またはそれを超える加速ヘッドを含んでいてもよい。それぞれが比較的低いビーム出力を有するヘッドを複数使用することで、材料の過剰な温度上昇が予防され、それにより材料の燃焼が予防され、材料の層の厚さを通る線量の均一性も上昇する。
【００４５】
バイオマス材料のベッドが比較的均一な厚さを有することが、一般には好ましい。幾つかの実施形態において、厚さは、約１インチ未満（例えば、約０．７５インチ未満、約０．５インチ未満、約０．２５インチ未満、約０．１インチ未満、約０．１〜１インチ、０．２約〜０．３インチ）である。
【００４６】
可能な限り急速に材料を処理することが、望ましい。一般には、処理が０．２５Ｍｒａｄ／秒を超える線量率、例えば約０．５、０．７５、１、１．５、２、５、７、１０、１２、１５、または約２０Ｍｒａｄ／秒を超える、例えば約０．２５〜２Ｍｒａｄ／秒の線量率で実施されることが好ましい。より高い線量率により、目的の（所望の）線量を得るためのより高い処理能力が可能になる。より高い線量率は、一般に、材料の熱分解を回避するためにより高いライン速度を必要とする。１つの実行において、加速器は、３ＭｅＶ、５０ｍＡビーム電流に設定され、ライン速度は、約２０ｍｍの試料厚さ（例えば、嵩密度０．５ｇ／ｃｍ３の破砕されたトウモロコシの穂軸材料）の場合２４フィート／分である。
【００４７】
幾つかの実施形態において、電子衝撃は、材料が少なくとも０．１Ｍｒａｄ、０．２５Ｍｒａｄ、１Ｍｒａｄ、５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも１０、２０、３０または少なくとも４０Ｍｒａｄの総線量を受けるまでに、実施される。幾つかの実施形態において、処理は、材料が約１０Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄ、例えば約２０Ｍｒａｄ〜約４０Ｍｒａｄ、または約２５Ｍｒａｄ〜約３０Ｍｒａｄの線量を受けるまでに実施される。幾つかの実行において、２５〜３５Ｍｒａｄの総線量が好ましく、それが理想的には数回のパスであてられ、例えば５Ｍｒａｄ／パスで、各パスが約１秒であてられる。冷却スクリューコンベヤおよび／または冷却された振動コンベヤを利用することにより、冷却の方法、システムおよび設備を、照射前、照射間、照射後および照射と照射の間に利用することができる。
【００４８】
先に議論された複数のヘッドを用いることにより、材料を複数のパスで、例えば１０〜２０Ｍｒａｄ／パス、例えば１２〜１８Ｍｒａｄ／パスを、数秒間冷却することで間を開けて２パス、または７〜１２Ｍｒａｄ／パス、例えば５〜２０Ｍｒａｄ／パス、１０〜４０Ｍｒａｄ／パス、９〜１１Ｍｒａｄ／パスで３パス処理することができる。本明細書に議論された通り、１回の高線量よりもむしろ複数回の比較的低い線量で材料を処理することで、材料の過熱を防ぐ傾向があり、材料の厚さを通る線量均一性が上昇する。幾つかの実行において、材料は、各パスの間または後に撹拌されるか、さもなければ混合され、その後、次のパスの前に再度、均一層に平滑化されることで、処理の均一性が高まる。
【００４９】
幾つかの実施形態において、電子は、例えば光速の７５％よりも大きな速度、例えば光速の８５、９０、９５、または９９％を超える速度で加速される。
【００５０】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載された任意の加工は、例えば熱および／または減圧を利用して、得られた乾燥を維持した、または乾燥されたリグノセルロース材料で行われる。例えば幾つかの実施形態において、セルロース材料および／またはリグノセルロース材料は、２５℃および５０％の相対湿度で測定して約２５重量％未満（例えば、約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１４重量％未満、約１３重量％未満、約１２重量％未満、約１０重量％未満、約９重量％未満、約８重量％未満、約７重量％未満、約６重量％未満、約５重量％未満、約４重量％未満、約３重量％未満、約２重量％未満、約１重量％未満、または約０．５重量％未満）の保留水を有する。
【００５１】
幾つかの実施形態において、２つ以上のイオン源、例えば２つ以上の電子源を用いることができる。例えば試料は、任意の順序で電子ビームで、続いてγ線および約１００ｎｍ〜約２８０ｎｍの波長を有するＵＶ光で処理することができる。幾つかの実施形態において、試料は、３つの電離放射線源、例えば電子ビーム、γ線、およびエネルギー性の紫外光で処理される。バイオマスは、処理ゾーンを通って運搬され、そのゾーンで電子衝撃され得る。
【００５２】
処理を繰り返して、バイオマスの難分解性をより徹底して低下させることおよび／またはバイオマスをさらに改良することが、有利となり得る。特に工程のパラメータを、材料の難分解性に応じて、最初の（例えば、２番目、３番目、４番目またはそれより後の）パスの後に調整することができる。幾つかの実施形態において、バイオマスが先に記載された様々な工程を通して複数回運搬される循環システムを含むコンベヤを、用いることができる。幾つかの他の実施形態において、多重処理デバイス（例えば、電子ビーム発生機）を用いて、バイオマスを複数回（例えば２、３、４回またはそれを超える回数）処理する。さらに別の実施形態において、１つの電子ビーム発生機が、バイオマスの処理に用いられ得る多重ビーム（例えば、２、３、４またはそれを超えるビーム）の供給源であってもよい。
【００５３】
分子／超分子構造を変化させること、および／または炭水化物含有バイオマスの難分解性を低下させることにおける有効性は、用いられる電子エネルギーおよびあてられる線量に依存するが、暴露時間は、出力および線量に依存する。幾つかの実施形態において、線量率および総線量は、バイオマス材料を破壊しない（例えば、焦がさないまたは燃やさない）ように調整される。例えば炭水化物は、例えば単量体の糖として、バイオマスから無傷で放出され得るように、加工の際に損傷させてはならない。
【００５４】
幾つかの実施形態において、処理（任意の電子源または電子源の組合せでの）は、材料が少なくとも約０．０５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも約０．１、０．２５、０．５、０．７５、１．０、２．５、５．０、７．５、１０．０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２５、１５０、１７５または２００Ｍｒａｄの線量を受けるまで実施される。幾つかの実施形態において、処理は、材料が０．１〜１００Ｍｒａｄ、１〜２００、５〜２００、１０〜２００、５〜１５０、５０〜１５０Ｍｒａｄ、５〜１００、５〜５０、５〜４０、１０〜５０、１０〜７５、１５〜５０、２０〜３５Ｍｒａｄの線量を受けるまで実施される。
【００５５】
幾つかの実施形態において、比較的低い線量の放射線が、例えばセルロースまたはリグノセルロース材料の分子量を増加させるために、用いられる（本明細書に記載された任意の放射線源または線源の組合せによる）。例えば、少なくとも約０．０５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも約０．１Ｍｒａｄまたは少なくとも約０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０または少なくとも約５．０Ｍｒａｄの線量。幾つかの実施形態において、照射は、材料が０．１Ｍｒａｄ〜２．０Ｍｒａｄ、例えば０．５Ｍｒａｄ〜４．０Ｍｒａｄまたは１．０Ｍｒａｄ〜３．０Ｍｒａｄの線量受けるまで、実施される。
【００５６】
材料への放射線の所望の透過度を実現するために、複数の方向から同時に、または連続して照射されることも望ましくなり得る。例えば木材などの材料の密度および水分量、ならびに用いられる放射線源のタイプ（例えば、γ線または電子ビーム）に応じて、材料への放射線の最大透過は、わずか約０．７５インチであってもよい。そのような場合、最初に一方の側から材料を照射し、その後材料を回して他の側から照射することにより、より厚い区分（最大１．５インチ）を照射することができる。複数の方向からの照射は、γ線よりも急速に照射するが大きな浸透深さに達しない電子ビーム線では、特に有用となり得る。
【００５７】
放射線不透過性材料
本発明は、放射線不透過性材料を用いて構築される保管庫および／または燃料庫内で材料を加工することを含むことができる。幾つかの実行において、放射線不透過性材料は、多くの材料を透過し得る高エネルギーのＸ線の成分を遮蔽し得るように選択される。放射線遮蔽格納庫を設計する際の１つの重要な因子は、用いられる材料の減衰長であり、それは特定の材料、材料のブレンド、または層構造に必要となる厚さを決定する。減衰長は、放射線を入射放射線のおよそ１／ｅ（ｅ＝オイラー数）倍に減少させる透過距離である。事実上全ての材料が放射線不透過であるが、十分に厚ければ、高いＺ値（原子数）を有する元素の高組成率（例えば、密度）を含む材料は、より短い放射線減衰長を有し、つまりそのような材料がより薄く用いられれば、より軽い遮蔽が提供され得る。放射線遮蔽において用いられる高Ｚ値の材料の例が、タンタルおよび鉛である。放射線遮蔽における別の重要なパラメータが、半量距離であり、それは、γ線強度を５０％低下させる特定材料の厚さである。０．１ＭｅＶのエネルギーのＸ線照射の例として、半量厚さはコンクリートでは約１５．１ｍｍであり、鉛では約２．７ｍｍであるが、１ＭｅＶのＸ線エネルギーでは、コンクリートの半量厚さは、約４４．４５ｍｍであり、鉛では約７．９ｍｍである。放射線不透過性材料は、別の側に通過する放射線を減少させ得る限りは、厚い材料または薄い材料であってもよい。つまり、特定の格納庫が、例えば軽量にするため、またはサイズの制約のため、薄い壁厚を有することが望ましい場合、半量長さが格納庫の所望の壁厚以下になるように、選択された材料が、十分なＺ値および／または減衰長を有さなければならない。
【００５８】
幾つかの例において、放射線不透過性材料は、良好な遮蔽を提供するために、例えばより高Ｚ値の材料の層を有する層状材料、および他の特性（例えば、構造完全性、衝突抵抗性など）を提供するためにより低Ｚ値の材料の層を有する層状材料であってもよい。幾つかの例において、層材料は、高い原子番号の元素から連続的に低い原子番号の元素に続く勾配を作る積層体を含む、「原子番号の傾斜のある」積層体であってもよい。本明細書においてこれまで記載された通り、幾つかの例において、放射線不透過性材料は、インターロックしたブロックであってもよく、例えば鉛および／またはコンクリートのブロックは、ＮＥＬＣＯ  Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ（マサチューセッツ州バーリントン所在）により供給することができ、再構成可能な保管庫を用いることができる。
【００５９】
放射線不透過性材料は、入射放射線に比較して、少なくとも約１０％（例えば、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９９９％）の材料で形成された構造（例えば、壁、ドア、天井、格納庫、これらの連続またはこれらの組合せ）を通過する放射線を減少させることができる。それゆえ放射線不透過性材料で作製された格納庫は、同じ量の設備／システム／構成部分の暴露を減少させることができる。放射線不透過性材料としては、ステンレス鋼、原子番号が約２５の金属（例えば、鉛、鉄）、コンクリート、泥土、砂およびそれらの組合せを挙げることができる。放射線不透過性材料は、少なくとも約１ｍｍ（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、５ｃｍ、１０ｃｍ、１００ｃｍ、１ｍ、更には少なくとも約１０ｍ）の入射放射線の方向にバリアを含むことができる。
【００６０】
放射線源
放射線のタイプが、用いられる放射線源の種類に加え、放射線デバイスおよび関連の設備を決定する。例えば材料を放射線で処理するための、本明細書に記載された方法、システムおよび設備は、本明細書に記載された線源に加え、任意の他の有用な線源を用いることができる。
【００６１】
γ線源としては、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、およびキセノンの同位体などの放射線核種が挙げられる。
【００６２】
Ｘ線源としては、タングステンまたはモリブデンまたは合金などの金属ターゲットを有する得電子ビーム衝突、Ｌｙｃｅａｎから営利目的で製造されるものなどのコンパクトな光源が挙げられる。
【００６３】
α粒子は、ヘリウム原子の核と同一であり、様々な放射性核種、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、複数のアクチニド系列、例えばアクチニウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、クリウム、カリホルニウム、アメリシウム、およびプルトニウムなどのα崩壊により生成される。
【００６４】
紫外線の供給源としては、ジューテリウムまたはカドミウムランプが挙げられる。
【００６５】
赤外線の供給源としては、サファイア、亜鉛、またはセレン化物の窓を含むセラミックランプが挙げられる。
【００６６】
マイクロ波の供給源としては、クリストロン、Ｓｌｅｖｉｎ型ＲＦ源、または水素、酸素、もしくは窒素ガスを用いた原子ビーム供給源が挙げられる。
【００６７】
粒子を加速するのに用いられる加速器は、静電式ＤＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ＤＣ、電気力学的ＤＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ＤＣ）、ＲＦリニア、磁気誘導リニアまたは連続波であってもよい。例えばサイクロトロン型加速器は、ＲＨＯＤＯＴＲＯＮ（商標）システムなど、ベルギーのＩＢＡから入手でき、ＤＣ型加速器は、ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）など、ＲＤＩ、現在のＩＢＡ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌから入手される。イオンおよびイオン加速器は、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  ｆｗｏｒ  Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２００６，  Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ，  Ｓｃｏｔｌａｎｄ、およびＬｅｉｔｎｅｒ，  Ｃ．Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＥＣＲ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｖｅｎｕｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２０００，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａに議論されている。
【００６８】
電子は、β崩壊を受ける放射性核種、例えばヨウ素、セリウム、テクネチウムおよびイリジウムにより生成されてもよい。あるいは電子銃を、熱イオン放出を介して電子源として用い、加速電位を通して加速することができる。電子銃は電子を発生し、その電子をその後、大きな電位（例えば、約５０００００ボルトを超える、約１００００００ボルトを超える、約２００００００ボルトを超える、約５００００００ボルトを超える、約６００００００ボルトを超える、約７００００００ボルトを超える、約８００００００ボルトを超える、約９００００００ボルトを超える、または約１０００００００ボルトを超える）を通して加速し、その後、Ｘ−Ｙ平面内で磁気的に走査し、そこで最初、電子をＺ方向に加速管の下へ加速し、窓箔を通して抽出する。電子ビームを走査することは、操作ビームを通して運搬される材料、例えばバイオマスを照射する際に、照射表面を増加させるのに有用である。電子ビームを走査することは、熱負荷も窓上で均一に分布させ、電子ビームによる部分的加熱により窓箔の破裂の低減を支援する。窓箔の破裂は、その後必要となる電子銃を修復および再始動するためのかなりの中断時間の原因となる。
【００６９】
フィールドイオン化源、静電気イオン分離器、フィールドイオン化発生装置、熱電子放出源、マイクロ波放電式イオン源、再循環または静電加速器、力学的直線型加速器、ファンデグラフ加速器および折り返しタンデム型加速器をはじめとする様々な他の照射デバイスを、本明細書に開示された方法で用いてもよい。そのようなデバイスは、例えばＭｅｄｏｆｆの米国特許第７，９３１，７８４号に開示されており、その開示全てが、参照により本明細書に組み入れられる。
【００７０】
電子ビームを、放射線源として用いることができる。電子ビームは、高線量率（例えば、１、５、または１０Ｍｒａｄ／秒）、高処理能力、少ない閉じ込め、および少ない封じ込め設備の利点を有する。電子ビームは、高い電気効率（例えば、８０％）も有することができ、他の放射線方法に比較して低いエネルギー使用が可能で、言い換えれば用いられる少量のエネルギーに対応して低い運転コストおよび低い温室ガス放出に変えることができる。電子ビームは、例えば静電発電機、カスケードジェネレータ、トランスジェネレータ、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、リニア型加速器、およびパルス加速器により発生させることができる。
【００７１】
電子は、例えば分子鎖切断機構により、炭水化物含有材料の分子構造に変化を起こす際により効率的になり得る。加えて、０．５〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する電子は、本明細書に記載されたバイオマス材料などの低密度材料、例えば嵩密度０．５ｇ／ｃｍ３未満および深さ０．３〜１０ｃｍを有する材料を透過することができる。電離放射源としての電子は、例えば材料の比較的薄い、例えば約０．５インチ未満、例えば約０．４インチ未満、０．３インチ、０．２５インチ、または約０．１インチ未満の堆積、層またはベッドの場合に有用となり得る。幾つかの実施形態において、電子ビームの各電子のエネルギーは、約０．３ＭｅＶ〜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。材料を照射する方法は、２０１１年１０月１８日出願の米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７  Ａ１号に開示されており、その開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【００７２】
電子ビーム照射デバイスは、商業的に入手してもよく、または構築されてもよい。例えばインダクター、キャパシター、ケーシング、電源、ケーブル、配線、電圧制御システム、電流制御要素、絶縁材料、マイクコントローラー、および冷却設備などの要素または構成部分を購入して、デバイスに組み立てることができる。場合により市販のデバイスを、改良および／または適合させてもよい。例えばデバイスおよび構成部分は、Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  （Ｌｏｕｖａｉｎ−ｌａ−Ｎｅｕｖｅ、ベルギー所在）、Ｗａｓｉｋ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ  Ｉｎｃ．  （マサチューセッツ州ドレーカット）、ＮＨＶコーポレーション（日本）、ｔｈｅ  Ｔｉｔａｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州サンディエゴ所在）、Ｖｉｖｉｒａｄ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｒｐ（マサチューセッツ州ビレリカ所在）、および／またはＢｕｄｋｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ロシア）をはじめとする本明細書に記載された市販の供給業者のいずれかから購入することができる。典型的な電子エネルギーは、０．５ＭｅＶ、１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ、または１０ＭｅＶであってもよい。典型的な電子ビーム照射デバイスの電力は、１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、６０ｋＷ、７０ｋＷ、８０ｋＷ、９０ｋＷ、１００ｋＷ、１２５ｋＷ、１５０ｋＷ、１７５ｋＷ、２００ｋＷ、２５０ｋＷ、３００ｋＷ、３５０ｋＷ、４００ｋＷ、４５０ｋＷ、５００ｋＷ、６００ｋＷ、７００ｋＷ、８００ｋＷ、９００ｋＷまたは１０００ｋＷであってもよい。用いられ得る加速器としては、ＮＨＶ照射装置の中エネルギーシリーズＥＰＳ−５００（例えば、５００ｋＶ加速電圧および６５、１００または１５０ｍＡビーム電流）、ＥＰＳ−８００（例えば、８００ｋＶ加速電圧および６５または１００ｍＡビーム電流）、またはＥＰＳ−１０００（例えば、１０００ｋＶ加速電圧および６５または１００ｍＡビーム電流）が挙げられる。同じくＮＨＶの高エネルギーシリーズの加速器、例えばＥＰＳ−１５００（例えば、１５００ｋＶ加速電圧および６５ｍＡビーム電流）、ＥＰＳ−２０００（例えば、２０００ｋＶ加速電圧および５０ｍＡビーム電流）、ＥＰＳ−３０００（例えば、３０００ｋＶ加速電圧および５０ｍＡビーム電流）およびＥＰＳ−５０００（例えば、５０００ｋＶ加速電圧および３０ｍＡビーム電流）を用いることができる。
【００７３】
電子ビーム照射デバイスの電力仕様を考慮する上でのトレードオフとしては、運転コスト、資本コスト、減価償却、およびデバイスの設置面積が挙げられる。電子ビーム照射の暴露線量レベルを考慮する上でのトレードオフは、エネルギーコスト、ならびに環境、安全、および健康（ＥＳＨ）の問題であろう。典型的には発生機は、特にこの工程で発生されるＸ線からの生成では、例えば鉛またはコンクリートの、保管庫に収容されている。電子エネルギーを考慮する上でのトレードオフとしては、エネルギーコストを包含する。
【００７４】
電子ビーム照射デバイスは、固定ビームまたは走査ビームのいずれかを生成することができる。走査ビームは、大きな固定ビーム幅を効果的に交換するため、長い走査・掃引および高い走査速度が有利となり得る。さらに０．５ｍ、１ｍ、２ｍまたはそれを超える、入手可能な掃引幅が、利用可能である。走査ビームは、より大きな走査幅であること、ならびに部分的加熱および窓が不能になる可能性が低いことから、本明細書に記載されたほとんどの実施形態において好ましい。
【００７５】
電子銃  −  窓
電子加速器の抽出システムは、２つの窓箔を含むことができる。２つの窓箔抽出システムの冷却ガスは、パージガスまたは混合物、例えば空気、または純粋な気体であってもよい。一実施形態において、ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび／または二酸化炭素などの不活性ガスである。電子ビームへのエネルギー損失が最小限に抑えられることから、液体よりもむしろ気体を用いることが好ましい。窓上または窓の間の空間に衝突する前にラインで予備混合または混合されたパージガスの混合物を用いることもできる。例えば熱交換システム（例えば、冷凍装置）を使用すること、および／または凝縮ガス（例えば、液体窒素、液体ヘリウム）からのボイルオフを使用することにより、冷却ガスを冷却することができる。窓箔は、２０１３年１０月１０日出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１３／６４３３２号に記載されており、それらの開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【００７６】
放射線処理の間の加熱および処理能力
電子ビームからの電子が非弾性衝突のものと相互作用する場合、複数の工程が、バイオマス中で起こる可能性がある。例えば材料のイオン化、材料中のポリマーの分子鎖切断、材料中のポリマーの架橋、材料の酸化、Ｘ線（ブレムスシュトラールンク）の発生および分子の振動励起（例えば、光子発生）。特定の機構に束縛されるものではないが、難分解性の低下は、これらの非弾性衝突効果の幾つか、例えばイオン化、ポリマーの分子鎖切断、酸化および光子発生によるものである。その作用の幾つか（例えば、特にＸ線発生）は、遮蔽およびバリアの工作、例えばコンクリート（または他の放射線不透過性材料）の保管庫に照射工程を封入することを必要とする。照射の別の作用である振動励起は、試料を温めることに等しい。以下に説明される通り、照射による試料の加熱は、難分解性低下を支援し得るが、過剰な加熱は、材料を破壊する可能性がある。
【００７７】
電離放射線の吸着による断熱温度上昇（ΔＴ）は、式：ΔＴ＝Ｄ／Ｃｐ（式中、Ｄは、ｋＧｙでの平均線量であり、Ｃｐは、Ｊ／ｇ℃での熱容量であり；ΔＴは、℃での温度変化である）により示される。典型的な乾燥バイオマス材料は、２に近い熱容量を有する。水の熱容量は、非常に高い（４．１９Ｊ／ｇ℃）ため、湿性バイオマスは、水の量に存してより高い熱容量を有する。金属は、かなり低い熱容量を有し、例えばステンレス鋼は、０．５Ｊ／ｇ℃の熱容量を有する。放射線の様々な線量に関するバイオマスおよびステンレス鋼の一定した放射線吸着による温度変化を、以下に示す。高温では、バイオマスが分解して、推定温度変化から極めて大きく逸脱するであろう。
【表１】
2019071887.tif 000003
【００７８】
高温は、バイオマス中のバイオポリマーを破壊および／または変性して、ポリマー（例えば、セルロース）が、更なる加工に適さなくなる。高温に供されたバイオマスは、暗色および粘着性を帯びるようになり、臭気を発して、分解を示す可能性がある。粘着性により材料の運搬が困難になる可能性もある。臭気は、不快に感じる場合があり、安全性の問題を生じ得る。事実、バイオマスを約２００℃未満（例えば、約１９０℃未満、約１８０℃未満、約１７０℃未満、約１６０℃未満、約１５０℃未満、約１４０℃未満、約１３０℃未満、約１２０℃未満、約１１０℃未満、約６０℃〜約１８０℃、約６０℃〜約１６０℃、約６０℃〜約１５０℃、約６０℃〜約１４０℃、約６０℃〜約１３０℃、約６０℃〜約１２０℃、約８０℃〜約１８０℃、約１００℃〜約１８０℃、約１２０℃〜約１８０℃、約１４０℃〜約１８０℃、約１６０℃〜約１８０℃、約１００℃〜約１４０℃、約８０℃〜約１２０℃）に保持することが、本明細書に記載された工程において有益であることが見出されている。
【００７９】
約１０Ｍｒａｄを超える照射が本明細書に記載された工程に望ましいことが、見出されている（例えば、難分解性の低下）。高い処理能力もまた、照射がバイオマスを加工する上でのボトルネックにならないために望ましい。処理は、線量率の式：Ｍ＝ＦＰ／Ｄ・時間（式中、Ｍは、照射される材料の質量（ｋｇ）であり、Ｆは、吸着される電力の比率（単位なし）であり、Ｐは、発せられる電力（ｋＷ＝ＭｅＶでの電圧×ｍＡでの電流）であり、時間は、処理時間（秒）であり、Ｄは、吸着された線量（ｋＧｙ）である）により左右される。吸着される電力の比率が固定されている模範的工程において、発せられる電力は、一定であり、設定された放射線量が望ましく、処理能力（例えば、Ｍ、加工されるバイオマス）は、照射時間を増加させることにより増加し得る。しかし材料を冷却させずに放射時間を増加させると、先に示された計算により示される通り、材料を過度に加熱する可能性がある。バイオマスは、低い熱伝導率（約０．１Ｗｍ−１ｋ−１未満）を有するため、例えばエネルギーが伝達されるヒートシンクが存在する限り、エネルギーを急速に放出し得る金属（約１０Ｗｍ−１ｋ−１を超える）とは異なり、放熱が緩やかである
【００８０】
電子銃  −  ビームストップ
幾つかの実施形態において、該システムおよび方法は、ビームストップ（例えば、シャッター）を含む。例えばビームストップを用いて、電子ビームデバイスの出力を下げずに、材料の照射を急速に停止または減少させることができる。あるいはビームストップは、電子ビームの出力を上昇させながら用いることができ、ビームストップは、所望のレベルのビーム電流に達するまで、電子ビームを停止させることができる。ビームストップは、第一の窓箔と第二の窓箔の間に配置させることができる。例えばビームストップは、可動性であるように、即ちビームパスの内外へ移動できるように、搭載することができる。例えば照射線量を制御するために、ビームの部分的な被覆を用いることもできる。ビームストップは、床に、バイオマスのコンベヤに、壁に、放射線デバイスに（例えば、スキャンホーンの）、または任意の構造支持体に搭載することができる。好ましくは、ビームがビームストップにより効果的に制御され得るように、ビームストップがスキャンホーンに関して固定されている。ビームストップは、ヒンジ、レール、ホイール、スロット、または他の手段を組み込むことができ、ビーム内外へ移動する操作を可能にする。ビームストップは、電子の少なくとも５％、例えば電子の少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、少なくとも８０％、８５％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、または約１００％を停止させる任意の材料で作製することができる。
【００８１】
ビームストップは、非限定的に、ステンレス鋼、鉛、鉄、モリブデン、銀、金、チタン、アルミニウム、スズ、またはこれらの合金、またはそのような金属で作製された（例えば、金属コートセラミック、金属コートポリマー、金属コート複合体、多層金属材料）積層体（層化材料）をはじめとする金属で作製することができる。
【００８２】
ビームストップは、例えば水溶液またはガスなどの冷却流動体で、冷却することができる。ビームストップは、例えば空洞を有し、部分的または完全に中空であってもよい。ビームストップの内部空間は、流体およびガスを冷却するのに用いることができる。ビームストップは、平面、曲線、円形、楕円形、正方形、長方形、面取りのある形状およびくさび形など、任意の形状であってもよい。
【００８３】
ビームストップは、幾つかの電子を通すような穿孔を有することができ、それにより窓の全エリアまたは窓の特定の領域を通る放射線レベルを制御（例えば、低下）することができる。ビームストップは、例えば繊維またはワイヤから形成された、メッシュであってもよい。複数のビームストップを一緒に、または独立に使用して、照射を制御することができる。ビームストップは、ビームを所定の場所の内外に移動させるために、例えばモーターへの無線信号またはハードウエアにより、遠隔制御することができる。
【００８４】
ビームダンプ
本明細書に開示された実施形態は、放射線処理を活用する際に、ビームダンプを含むこともできる。ビームダンプの目的は、荷電粒子のビームを安全に吸収することである。ビームダンプは、ビームストップと同様に、荷電粒子のビームを遮断するのに用いることができる。しかしビームダンプは、ビームストップよりもかなり強固で、長期間にわたりフルパワーの電子ビームを遮断することを目的とする。それらは多くの場合、加速器の出力を増加させながら、ビームを遮断するのに用いられる。
【００８５】
ビームダンプは、そのようなビームにより発生した熱に順応するようにも設計されており、通常、銅、アルミニウム、炭素、ベリリウム、タングステン、または水銀などの材料で作製されている。例えばビームダンプと熱接触し得る冷却流体を利用して、ビームダンプを冷却することができる。
【００８６】
バイオマス材料
リグノセルロース材料としては、例えば木材、パーティクルボード、林業廃棄物（例えば、おがくず、アスペン材、木材チップ）、牧草（例えば、スイッチグラス、ススキ、コードグラス、クサヨシ）、穀物残渣（例えば、籾殻、オーツ麦の殻、小麦殻、大麦殻）、農業廃棄物（例えば、サイレージ、菜種のわら、小麦わら、大麦わら、オーツ麦わら、米わら、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの葉茎、大豆の葉茎、トウモロコシ繊維、アルファルファ、干し草、ココナッツの毛）、糖加工残渣（例えば、バガス、ビートパルプ、リュウゼンツランバガス）、藻類、海藻、肥やし、下水汚物、およびこれらのいずれかの混合物が挙げられる。
【００８７】
幾つかの例において、リグノセルロース材料としては、トウモロコシの穂軸が挙げられる。粉砕またはハンマーミルされたトウモロコシの穂軸は、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、照射の後、更なる加工のために媒体中に分散することが容易である。収穫および回収を容易にするために、幾つかの例において、トウモロコシの茎、トウモロコシの穀粒などとうもろこしの植物全体が用いられ、そして幾つかの例において、該植物の根系さえも用いられる。
【００８８】
有利には更なる栄養素（窒素供給源以外、例えば尿素またはアンモニア以外）が、トウモロコシの穂軸、または顕著な量のトウモロコシの穂軸を含むセルロースもしくはリグノセルロース材料の発酵の際に必要となる。
【００８９】
破砕の前後のトウモロコシの穂軸は、運搬および分散も容易であり、干し草および牧草などの他のセルロースまたはリグノセルロース材料よりも空気中で爆発性混合物を形成する傾向が小さい。
【００９０】
セルロース材料としては、例えば紙、紙製品、紙廃棄物、紙パルプ、着色紙、積載紙（ｌｏａｄｅｄ  ｐａｐｅｒ）、塗工紙、充填紙、雑誌、印刷物（例えば、本、カタログ、使用説明書、ラベル、カレンダー、グリーティングカード、パンフレット、目論見書、新聞紙）、印刷用紙、ポリコート紙、カードストック、厚紙、ボール紙、高α−セルロース量を有する材料、例えば綿、およびこれらのいずれかの混合物が挙げられる。例えば開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願第１３／３９６，３６５号（Ｍｅｄｏｆｆらによる２０１２年２月１４日出願の“Ｍａｇａｚｉｎｅ  Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋｓ”）に記載された紙製品である。
【００９１】
セルロース材料は、部分的または完全に脱木質化されたリグノセルロース材料も含むことができる。
【００９２】
幾つかの例において、他のバイオマス材料、例えばデンプン質材料を用いることができる。デンプン質材料としては、デンプンそのもの、例えばコーンスターチ、小麦デンプン、ジャガイモデンプンもしくは米デンプン、デンプン誘導体、または食用の食品もしくは作物などのデンプンを含む材料が挙げられる。例えばデンプン質材料は、アラカチャ、蕎麦、バナナ、大麦、キャッサバ、クズ、オクラ、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、ヤマノイモ、または１種以上の豆、例えば空豆、レンズ豆、エンドウ豆であってもよい。任意の１種以上のデンプン質材料のブレンドもまた、デンプン質材料である。デンプン質材料とセルロースまたはリグノセルロース材料との混合物を用いることもできる。例えばバイオマスは、植物全体、植物の一部または植物の異なる部分、例えば小麦の苗、綿の苗、トウモロコシの苗、米の苗または樹木であってもよい。デンプン質材料は、本明細書に記載された方法のいずれかにより処理することができる。
【００９３】
原料として用いられ得る微生物材料としては、非限定的に、炭水化物（例えば、セルロース）、例えば原生生物、例えば動物の原生生物（例えば、鞭毛藻類、アメーバ、繊毛虫、および胞子虫などの原虫）および植物の原生生物（例えば、アルベオラータ、クロララクニオン藻、クリプトモナド、ユーグレナ藻、灰色藻、ハプト藻、紅藻、ストラメノパイル、および緑色植物亜界）の供給源を含む、または供給源を提供することが可能な任意の天然由来または遺伝子組換え微生物体または生物体を挙げることができる。他の例としては、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、およびフェムトプランクトン）、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、および好極限性細菌）、酵母および／またはこれらの混合物が挙げられる。幾つかの例において、微生物バイオマスは、天然供給源、例えば海洋、湖、水体、例えば塩水もしくは淡水、または陸上から得ることができる。代わりまたは追加として、微生物バイオマスは、培養系、例えば大規模乾式および湿式培養、ならびに発酵系から得ることができる。
【００９４】
別の実施形態において、バイオマス材料、例えばセルロース、デンプン質およびリグのセルロース原料は、野生型の変種に関して修飾されたトランスジェニックの微生物および植物から得ることができる。そのような修飾は、例えば選択および育種の反復ステップにより植物中の所望の素質を得てもよい。その上、植物は、野生型の変種に関して除去、修飾、発現抑制および／または付加されていてもよい。例えば遺伝子修飾植物は、組換えＤＮＡ法により生成することができ、その場合の遺伝子修飾は、親種からの特異的遺伝子を導入もしくは修飾すること、または例えば異なる種の植物および／または細菌から植物に特異的遺伝子（複数可）が導入されるトランスジェニック育種を利用すること、を含む。遺伝子変種を作出する別の方法は、新しい対立遺伝子を内在遺伝子から人工的に作出する突然変異育種による。その人工遺伝子は、例えば化学的突然変異原（例えば、アルキル化剤、エポキシド、アルカロイド、過酸化物、ホルムアルデヒドの使用による）、照射（例えば、Ｘ線、γ線、中性子、β粒子、α粒子、陽子、重陽子、ＵＶ線）および温度ショックまたは他の外部ストレス負荷により植物または種子を処理すること、それに続く選択技術をはじめとし、様々な方法により作出することができる。修飾遺伝子を提供する他の方法は、エラープローンＰＣＲおよびＤＮＡシャッフルの後、所望の修飾ＤＮＡを所望の植物または種子に挿入することによる。所望の遺伝子変異を主旨または植物に導入する方法としては、例えば細菌保有者、微粒子銃、リン酸カルシウム沈殿法、電気穿孔、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、ミクロインジェクション、およびウイルス保有者の使用が挙げられる。更なる遺伝子修飾材料は、２０１２年２月１４日出願の米国特許出願第１３／３９６，３６９号に記載されており、その開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。本明細書に記載された方法のいずれかは、本明細書に記載された任意のバイオマス材料の混合物で実践することができる
【００９５】
バイオマス材料の調製  −  機械的処理
バイオマスは、例えば約３５％未満の水分量（例えば、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満または約１％未満）の、乾燥形態であってもよい。バイオマスは、湿潤状態、例えば固体が少なくとも約１０重量％（例えば、少なくとも約２０重量％、少なくとも約３０重量％、少なくとも約４０重量％、少なくとも約５０重量％、少なくとも約６０重量％、少なくとも約７０重量％）の湿性固体、スラリー、または懸濁物として送達することもできる。
【００９６】
本明細書に開示された工程は、低嵩密度の材料、例えば約０．７５ｇ／ｃｍ３未満、例えば約０．７ｇ／ｃｍ３未満、０．６５、０．６０、０．５０、０．３５、０．２５、０．２０、０．１５、０．１０、０．０５ｇ／ｃｍ３またはそれ未満、例えば０．０２５ｇ／ｃｍ３未満の嵩密度を有するように物理的に前処理されたセルロースまたはリグノセルロース原料を活用することができる。嵩密度は、ＡＳＴＭ  Ｄ１８９５Ｂを利用して決定することができる。概要を述べると、該方法は、既知の容積のメスシリンダに試料を充填すること、および試料の重量を得ること、を含む。嵩密度は、試料のグラム重量をシリンダーの既知の容積の立方センチメートルで割ることにより計算される。所望なら、低密度材料を、例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、Ｍｅｄｏｆｆの米国特許第７，９７１，８０９号に記載された方法により、高密度化することができる。
【００９７】
幾つかの例において、処理前加工は、バイオマス材料のふるい分けを含む。ふるい分けは、所望の開口サイズ、例えば約６．３５ｍｍ（１／４インチ、０．２５インチ）未満、（例えば、約３．１８ｍｍ（１／８インチ、０．１２５インチ）未満、約１．５９ｍｍ（１／１６インチ、０．０６２５インチ）未満、約０．７９ｍｍ（１／３２インチ、０．０３１２５インチ）未満、例えば約０．５１ｍｍ（１／５０インチ、０．０２０００インチ）未満、約０．４０ｍｍ（１／６４インチ、０．０１５６２５インチ）未満、約０．２３ｍｍ（０．００９インチ）未満、約０．２０ｍｍ（１／１２８インチ、０．００７８１２５インチ）未満、約０．１８ｍｍ（０．００７インチ未満）、約０．１３ｍｍ（０．００５インチ）未満、または約０．１０ｍｍ（１／２５６インチ、０．００３９０６２５インチ）未満）を有するメッシュまたは穿孔板を通して行うことができる。１つの構成において、所望のバイオマスは、その穿孔またはふるいを通り抜け、つまりその穿孔またはふるいよりも大きなバイオマスは、照射されない。これらの大きな材料は、例えば破砕により、再加工され、またはそれらは単に加工から取り除くことができる。別の構成において、穿孔よりも大きな材料は、照射され、より小さな材料は、ふるい分け工程により除去されるか、または再循環される。この種の構成において、コンベヤそのもの（例えば、コンベヤの一部）を、穿孔することができ、またはメッシュを含んで作製することができる。例えば１つの特定の実施形態において、バイオマス材料は、湿潤性であってもよく、穿孔またはメッシュによって照射の前に水をバイオマスから流出させてもよい。
【００９８】
材料のふるい分けは、手動での方法、例えば望ましくない材料を除去するオペレータまたはメカノイド（例えば、色、反射性または他のセンサーを備えたロボット）により行うことができる。ふるい分けは、磁石が運搬される材料の付近に配設されていて磁気材料が磁石により除去される、磁気ふるいによって行うこともできる。
【００９９】
任意の処理前加工が、材料の加熱を含むことができる。例えば材料または他の材料を運搬するコンベヤの一部を、加熱されたゾーンに送出することができる。加熱されたゾーンは、例えばＩＲ線、マイクロ波、燃焼（例えば、ガス、石炭、オイル、バイオマス）、抵抗加熱および／または誘導コイルにより作製することができる。熱は、少なくとも一方の側または１つ以上の側からあてること、連続的または周期的にてること、そして材料の一部だけまたは材料全てにあてることができる。例えば、コンベヤトラフの一部を、加熱ジャケットの使用により加熱することができる。加熱は、例えば材料の乾燥を目的とするものであってもよい。材料を乾燥する場合、加熱により、または加熱せずに、運搬されている時にガス（例えば、空気、酸素、窒素、Ｈｅ、ＣＯ２、アルゴン）をバイオマスの上部および／またはバイオマスの中に移動させることにより、乾燥を容易にすることもできる。
【０１００】
場合により処理前加工は、材料を冷却することを含むことができる。材料の冷却は、開示が参照により本明細書に組み入れられる、Ｍｅｄｏｆｆの米国特許第７，９００，８５７号に記載される。例えば冷却は、冷却流体、例えば水（例えば、グリセロールを含む）、または窒素（例えば、液体窒素）をコンベヤトラフの底に供給することによって行うことができる。あるいは冷却ガス、例えば凍結窒素を、バイオマスの上部、または運搬システムの下に吹き付けることができる。
【０１０１】
別の任意の処理前加工法は、材料をバイオマスまたは他の原料に添加することを含むことができる。更なる材料は、例えばバイオマスが運搬されている時に材料をバイオマスの上に浴びせること、振りかけること、および／または注入することにより、添加することができる。添加され得る材料としては、例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願公開第２０１０／０１０５１１９  Ａ１（２００９年１０月２６日出願）および米国特許出願公開第２０１０／０１５９５６９  Ａ１（２００９年１２月１６日出願）に記載された金属、セラミックおよび／またはイオンが挙げられる。添加され得る任意の材料としては、酸および塩基が挙げられる。添加され得る他の材料は、酸化剤（例えば、過酸化物、塩素酸塩）、ポリマー、重合性モノマー（例えば、不飽和結合を含むもの）、水、触媒、酵素および／または生物体である。材料は、純粋な形態で、例えば溶媒（例えば、水または有機溶媒）中の溶液として、そして／または溶液として、添加することができる。幾つかの例において、溶媒は、揮発性であり、例えばこれまで記載された通りガスの加熱および／または吹き出しにより、蒸発するように作製することができる。添加される材料は、バイオマス上に均一なコーティングを形成することができ、または異なる成分（例えば、バイオマスおよび更なる材料）の均質混合物であってもよい。添加される材料は、照射の効率を上昇させること、照射を弱めること、または照射の作用を変化させること（例えば、電子ビームからＸ線または加熱へ）により、次の照射ステップを変調することができる。該方法は、照射への影響を有していなくてもよいが、さらに下流の加工に有用であってもよい。添加材料は、例えば粉塵のレベルを低下させることにより、材料の運搬を支援してもよい。
【０１０２】
バイオマスは、ベルトコンベヤ、空気式コンベヤ、スクリューコンベヤ、ホッパー、パイプ、手動で、またはこれらの組合せによりコンベヤ（例えば、本明細書に記載された保管庫内で用いられる振動コンベヤ）に送達することができる。バイオマスは、例えばこれらの方法のいずれかによりコンベヤ上に滴下、注入および／または配置させることができる。幾つかの実施形態において、材料は、封入された材料の分配システムを用いてコンベヤに送達されて、低酸素大気の維持ならびに／または粉塵および微粉の制御を支援する。舞い上がる、または空気に浮遊させたバイオマスの微粉および粉塵は、爆発災害を形成する、または電子銃の窓箔を損傷する可能性があるため（そのようなデバイスが、材料を処理するのに用いられる場合）、望ましくない。
【０１０３】
材料をならして、約０．０３１２〜５インチ（例えば、約０．０６２５〜２．０００インチ、約０．１２５〜１インチ、約０．１２５〜０．５インチ、約０．３〜０．９インチ、約０．２〜０．５インチ、約０．２５〜１．０インチ、約０．２５〜０．５インチ、０．１００＋／−０．０２５インチ、０．１５０＋／−０．０２５インチ、０．２００＋／−０．０２５インチ、０．２５０＋／−０．０２５インチ、０．３００＋／−０．０２５インチ、０．３５０＋／−０．０２５インチ、０．４００＋／−０．０２５インチ、０．４５０＋／−０．０２５インチ、０．５００＋／−０．０２５インチ、０．５５０＋／−０．０２５インチ、０．６００＋／−０．０２５インチ、０．７００＋／−０．０２５インチ、０．７５０＋／−０．０２５インチ、０．８００＋／−０．０２５インチ、０．８５０＋／−０．０２５インチ、０．９００＋／−０．０２５インチ、０．９００＋／−０．０２５インチの均一な厚さを形成することができる。
【０１０４】
一般に、電子ビームを通して可能な限り急速に材料を運搬して、処理能力を最大にすることが好ましい。例えば材料は、少なくとも１フィート／分、例えば少なくとも２フィート／分、少なくとも３フィート／分、少なくとも４フィート／分、少なくとも５フィート／分、少なくとも１０フィート／分、少なくとも１５フィート／分、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０フィート／分の速度で運搬することができる。運搬速度は、例えばバイオマスの厚さ１／４インチでのビーム電流に関し、１００ｍＡでのコンベヤは、約２０フィート／分で移動して有用な照射線量を提供することができ、５０ｍＡでのコンベヤは、約１０フィート／分で移動して、ほぼ同じ照射線量を提供することができる。
【０１０５】
バイオマス材料が、放射線ゾーンを通って運搬された後、任意の処理後加工を実施することができる。任意の処理後加工は、例えば照射前加工に関して記載された工程であってもよい。例えばバイオマスを、ふるい分けても、加熱しても、冷却しても、そして／または添加剤と混和してもよい。照射後に特有なこととして、ラジカルのクエンチング、例えば流体もしくは気体（例えば、酸素、亜酸化窒素、アンモニア、および／または液体）の添加、圧力、熱の利用、および／またはラジカルスカベンジャーの添加によるラジカルのクエンチングを行うことができる。例えばバイオマスを、囲い込まれたコンベヤの外部で運搬して、ガス（例えば、酸素）に暴露し、そこでクエンチしてカルボキシル化された基を形成することができる。一実施形態において、バイオマスは、反応性ガスまたは流体への照射の間に暴露される。照射されたバイオマスのクエンチングは、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、Ｍｅｄｏｆｆの米国特許第８，０８３，９０６号に記載される。
【０１０６】
所望なら、照射に加えて１つ以上の機械的処理を利用して、炭水化物含有材料の難分解性をさらに低下させることができる。これらの工程は、照射の前、照射の間および／または照射後に適用することができる。
【０１０７】
幾つかの例において、機械的処理としては、受け取り時の原料の初期調製、例えば破砕、例えば切断、粉砕、せん断、微粉砕または打ち切りなどによる材料のサイズ減少を挙げることができる。例えば幾つかの例において、まとまりのない原料（例えば、リサイクル紙、デンプン質材料、またはスイッチグラス）は、せん断または細断により調製される。機械的処理は、炭水化物含有材料の嵩密度を低下させ、炭水化物含有材料の表面積を増加させ、そして／または炭水化物含有材料の１つ以上の寸法を減少させることができる。
【０１０８】
代わりまたは追加として、原料を、別の処理、例えば酸（ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４）、塩基（例えば、ＫＯＨおよびＮａＯＨ）、化学的酸化剤（例えば、過酸化物、塩素酸塩、および／またはオゾン）、照射、水蒸気爆発、熱分解、音波処理、酸化、化学的処理などの化学的処理で処理することができる。処理は、どのような順序でも、どのような連続でも、そしてそれらを組合せていてもよい。例えば原料は最初、１つ以上の処理方法、例えば酸加水分解（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４の使用）を含みそれらと組合せた化学的処理、放射線、音波処理、酸化、熱分解または水蒸気爆発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。この連続は、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る材料がより脆性の傾向があり、それゆえ機械的処理により材料の構造をさらに変化させることが容易となり得るため、有利となろう。別の例として、原料は、本明細書に記載されたコンベヤを用いて電離放射線を通って運搬され、その後、機械的に処理することができる。化学的処理は、リグニンの一部または全てを除去することができ（例えば、化学パルプ化）、材料を部分的または完全に加水分解することができる。該方法は、予め加水分解された材料で使用することもできる。該方法は、予め加水分解されていない材料で用いることもできる。該方法は、加水分解材料と、非加水分解材料、例えば約５０％以上の非加水分解材料、約６０％以上の非加水分解材料、約７０％以上の非加水分解材料、約８０％以上の非加水分解材料、または約９０％以上の非加水分解材料との混合物で用いることができる。
【０１０９】
加工の最初および／または後に実行され得るサイズ減少に加えて、機械的処理は、炭水化物含有材料を「切り開く」、「応力を加える」、破壊する、または破断して、物理的処理の間に材料のセルロースに分子鎖切断および／または結晶構造の崩壊を受け易くさせるのにも有利となり得る。
【０１１０】
炭水化物含有材料を機械的に処理する方法としては、例えば、ミリングまたは粉砕が挙げられる。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、コニカルもしくはコーンミル、ディスクミル、エッジミル、ウィリーミル、グリストミルまたは他のミルが挙げられる。粉砕は、例えば切断／衝撃型グラインダーを用いて実施されてもよい。幾つかの模範的グラインダーとしては、石材用グラインダー、ピングラインダー、コーヒーグラインダーおよびバーグラインダーが挙げられる。粉砕またはミリングは、例えば、ピンミルの場合のように、往復運動ピンまたは他の要素により、提供されてもよい。他の機械的処理方法としては、機械的切り裂きまたは引き裂き、繊維に圧力を加える他の方法、および空気摩耗ミリングが挙げられる。適切な機械的処理は、これまで加工処理ステップにより開始された材料の内部構造の崩壊を継続する任意の他の技法をさらに含む。
【０１１１】
機械的供給調製系は、例えば、特定最大サイズ、特定の長さ対幅、または特定の表面積比などの特定の性質を有する流れを生じるよう構成することができる。物理的調製は、反応速度を上昇させ、コンベヤ上の材料の動きを改善し、材料の照射プロファイルを改善し、材料の放射線均一性を改善し、または材料を切開して、それらを工程および／もしくは試薬、例えば溶液中の試薬に接近し易くすることによって必要とされる加工時間を減少させることができる。
【０１１２】
原料の嵩密度は、制御（例えば、増大）することができる。幾つかの状況では、例えば材料を高密度化し（例えば高密度化は、別の場所に運搬するのを容易にかつ低コストにし得る）、その後、材料をより低い嵩密度状態に戻す（例えば、運搬後）ことにより、低嵩密度材料を調製することが望ましい。該材料は、例えば、約０．２ｇ／ｃｃ未満から約０．９ｇ／ｃｃを超えるまで（例えば、約０．３未満〜約０．５を超えるまで、約０．３未満〜約０．９ｇ／ｃｃを超えるまで、約０．５未満〜約０．９を超えるまで、約０．３未満〜約０．８ｇ／ｃｃを超えるまで、約０．２未満〜約０．５ｇ／ｃｃを超えるまで）に高密度化することができる。例えば材料は、開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第７，９３２，０６５号（Ｍｅｄｏｆｆ）および国際公開ＷＯ  ２００８／０７３１８６号（２００７年１０月２６日出願；英語で公開；米国を指定）に開示された方法および設備により高密度化され得る。高密度化材料は、本明細書に記載された方法のいずれかにより加工することができ、または本明細書に記載された方法のいずれかにより加工された任意の材料は、次に、高密度化することができる。
【０１１３】
幾つかの実施形態において、加工される材料は、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、剪断は、回転式ナイフカッターで実施することができる。
【０１１４】
例えば、難分解性であるか、または難分解性レベルが低減された繊維源は、例えば回転式ナイフカッターで剪断されて、最初の繊維性材料を提供し得る。最初の繊維性材料は、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、第一のふるいに通されて、第二の繊維性材料を提供する。所望なら、繊維源は、例えばシュレッダーで、剪断前に切断することができる。例えば、紙が繊維源として用いられる場合、紙は最初、シュレッダー、例えばＭｕｎｓｏｎ（ニューヨーク州ユーティカ所在）製造のものなどの卓上回転式スクリューシュレッダーを用いて、例えば、１／４〜１／２インチ幅の細片に切断することができる。細断に代わるものとして、ギロチンカッターを用いて、所の望サイズに切断することにより、紙はサイズを減少することができる。例えば、ギロチンカッターは、紙を、例えば幅１０インチ、長さ１２インチの、シートに切断するために用いることができる。
【０１１５】
幾つかの実施形態において、繊維源の剪断、およびその結果生じる第一の繊維性材料の第一のふるいへの通過は、同時に実施される。剪断および通過は、バッチ式工程でも実施することができる。
【０１１６】
例えば、回転式ナイフカッターを用いて、同時に、繊維源を剪断して第一の繊維性材料をふるい分けすることができる。回転式ナイフカッターは、繊維源を細断することにより調製される細断繊維源を積載され得るホッパーを含む。
【０１１７】
幾つかの実行において、原料は、糖化および／または発酵の前に物理的に処理される。物理的処理工程は、本明細書中に記載された工程、例えば機械的処理、化学的処理、照射、音波処理、酸化、熱分解または水蒸気爆発のいずれかのうちの１つ以上を含むことができる。処理方法は、これらの技法のうちの２、３、４、または全ての組合せ（任意の順序）で用いることができる。１つより多い処理方法が用いられる場合、該方法は、同時に、または異なる時点で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工程も、単独で、または本明細書に開示された工程と組合せて用いることができる。
【０１１８】
用いられ得る機械的処理、ならびに機械的処理される炭水化物含有材料の性質は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１１年１０月１８日出願の米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７  Ａ１号にさらに詳細に記載される。
【０１１９】
音波処理、熱分解、酸化、水蒸気爆発
所望により、炭水化物含有材料の難分解性を低下させる、またはさらに低下させるために、照射の代わりまたは追加として、１つ以上の音波処理、熱分解、酸化または水蒸気爆発工程を用いることができる。例えばこれらの工程は、照射の前、照射の間および／または照射後に適用することができる。これらの工程は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、Ｍｅｄｏｆｆの米国特許第７，９３２，０６５号に詳細に記載される。
【０１２０】
中間体および生成物
本明細書中に記載される工程を用いて、バイオマス材料を、１種以上の製品、例えばエネルギー、燃料、食物および材料に変換することができる。例えば、有機酸、有機酸の塩、酸無水物、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などの中間体および生成物。即座に入手可能であるが、多くの場合、加工するのが困難になり得るセルロースおよび／またはリグノセルロース材料、例えば自治体廃棄物流れおよび廃棄紙流れ、例えば新聞、クラフト紙、段ボール紙またはこれらの混合物を含む流れを原料として用い得るシステムおよび工程が、本明細書に記載される。
【０１２１】
生成物の具体的例としては、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）、水和または水性アルコール（例えば、１０％を超える、２０％、３０％、または４０を超える水を含有）、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）、共生成物（例えば、セルロース分解タンパク質（酵素）または単細胞タンパク質などのタンパク質）、ならびに任意の組合せまたは相対濃度での、ならびに場合により任意の添加剤（例えば、燃料添加剤）と組合せたこれらのいずれかの混合物が挙げられるが、これらに限らない。他の例としては、カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸とカルボン酸塩とカルボン酸エステルとの混合物（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および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）が挙げられる。その他のアルコールおよびアルコール誘導体としては、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、エリトリトール、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、ダルシトール、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ポリオール）、ならびに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が挙げられる。その他の生成物としては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、Ｄ−乳酸、Ｌ−乳酸、ピルビン酸、ポリ乳酸、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、これらの酸およびその各塩のいずれかの混合物が挙げられる。
【０１２２】
上記生成物と互いとの任意の組合せ、および／または上記生成物と本明細書中に記載される工程もしくは他の方法で製造され得る他の生成物との任意の組合せは、一緒に包装され、製品として販売され得る。該生成物は、混和され、例えば混合、ブレンド、もしくは共溶解されてもよく、または単に一緒に包装もしくは販売され得る。
【０１２３】
本明細書中に記載された生成物または生成物の組合せのいずれかは、製品販売の前に、例えば精製もしくは単離後、または包装後でも、生成物（複数可）中に存在し得る１つ以上の潜在的に望ましくない混入物を中和するために、衛生化または滅菌され得る。そのような衛生化は、電子衝撃で、例えば約２０Ｍｒａｄ未満、例えば約０．１〜１５Ｍｒａｄ、約０．５〜７Ｍｒａｄ、または約１〜３Ｍｒａｄの線量で実行することができる。
【０１２４】
本明細書中に記載された工程は、プラントの他の部分で用いられる、または公開市場で販売される水蒸気と電気を生成する（コジェネレーション）に有用となる様々な副産物流れを生成することができる。例えば、燃焼副産物流れから生成された水蒸気は、蒸留工程に用いることができる。別の例として、燃焼副産物流れから生成された電気は、前処理に用いられる電子ビーム発生機を作動するために用いることができる。
【０１２５】
水蒸気および電気を生成するために用いられる副産物は、工程全体を通して複数の供給源から得られる。例えば廃水の嫌気性消化は、メタンが高濃度のバイオガスと、少量の廃棄物バイオマス（スラッジ）を生じ得る。別の例として、糖化後および／または蒸留後固体（例えば、前処理および一次工程後に残存する未変換のリグニン、セルロースおよびヘミセルロース）が用いること、例えば燃料として燃焼することができる。
【０１２６】
食品および医薬品をはじめとする他の中間体および生成物は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１０年５月２０日公開のＭｅｄｏｆｆへの米国特許出願公開第２０１０／０１２４５８３  Ａ１号に記載される。
【０１２７】
リグニン由来生成物
記載された方法によるリグノセルロース加工からの使用済みバイオマス（例えば、使用済みリグノセルロース材料）は、高いリグニン量を有することが期待され、コジェネレーションプラントでの燃焼を通したエネルギー生成に有用であることに加え、他の貴重な生成物としての用途を有し得る。例えばリグニンは、プラスチックとして入手されたまま使用することができ、または合成により他のプラスチックに格上げすることもできる。幾つかの例において、それは結合剤、分散剤、乳化剤もしくは金属イオン封鎖剤として用いられ得るリグのスルホナートに変換することができる。
【０１２８】
結合剤として用いられる場合、リグニンまたはリグノスルホナートは、例えば練炭中で、セラミック中で、カーボンブラックを結合させるために、肥料と除草剤を結合させるため、粉塵抑制剤として、合板およびパーティクルボードを作製する際、動物飼料を結合させるため、ファイバーガラスの結合剤として、リノリウムペースト中の結合剤として、そして土壌安定化剤として、用いることができる。
【０１２９】
分散剤として用いられる場合、リグニンまたはリグのスルホナートは、例えばコンクリートミックス、粘土およびセラミック、染料および顔料、革のなめしおよび石膏ボードにおいて用いることができる。
【０１３０】
乳化剤として用いられる場合、リグニンまたはリグノスルホナートは、例えばアスファルト、顔料および染料、殺虫剤、ならびにワックスエマルジョン中で用いることができる。
【０１３１】
金属イオン封鎖剤として、リグニンまたはリグノスルホナートを、例えば微量栄養素系、洗浄化合物および水処理システム中で、例えばボイラおよび冷却システムに用いることができる。
【０１３２】
エネルギー生成の場合、リグニンは一般に、ホモセルロース（セルロールおよびヘミセルロース）よりも多くの炭素を含むため、ホロセルロースよりも高いエネルギー量を有する。例えば乾性リグニンは、ホロセルロースの７，０００、８，０００ＢＴＵ／ポンドに比較して、約１１，０００〜１２，５００ＢＴＵ／ポンドのエネルギー量を有することができる。そのためリグニンは、高密度化して燃焼用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、本明細書に記載された任意の方法によりペレットに変換することができる。より緩やかに燃焼するペレットまたはブリケットの場合、約０．５Ｍｒａｄ〜５Ｍｒａｄの放射線量をあてるなどで、リグニンを架橋させることができる。架橋は、緩やかな燃焼のフォームファクターを作ることができる。ペレットまたはブリケットなどのフォームファクターは、例えば４００〜９５０℃で、空気の存在下で熱分解することにより「合成の炭」または木炭に変換することができる。熱分解の前に、リグニンを架橋して、構造完全性を維持することが望ましくなり得る。
【０１３３】
糖化
原料を即座に加工され得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、例えば糖に加水分解することができる（糖化と称される工程）。その後、低分子量炭水化物を、例えば既存の製造プラントにおいて、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、用いることができる。
【０１３４】
原料は、酵素を用いて、例えば溶媒中で、例えば水溶液中で、材料および酵素を混和することにより、加水分解することができる。
【０１３５】
あるいは、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し、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有または製造する生物体により供給することができる。これらの酵素は、結晶セルロースまた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としては、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）が挙げられる。
【０１３６】
糖化の間に、セルロース基質は最初、任意の位置でエンドグルカナーゼにより加水分解されて、オリゴマー中間体を生成し得る。これらの中間体は、その場合、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のような外分割グルカナーゼのための基質である。セロビオースは、グルコースの水溶性１，４−結合二量体である。最後に、セロビアーゼは、セロビオースを切断して、グルコースを生成する。この工程の効率（例えば、加水分解するための時間および／または加水分解の完全性）は、セルロース材料の難分解性に依存する。
【０１３７】
それゆえ処理されたバイオマス材料は、一般には該材料およびセルラーゼ酵素を流動媒体、例えば水溶液中で混和することにより、糖化することができる。幾つかの例において、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１２年４月２６日公開のＭｅｄｏｆｆおよびＭａｓｔｅｒｍａｎへの米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７  Ａ１号に記載される通り、材料は、糖化の前に高温水中で沸騰、浸漬、または蒸解される。
【０１３８】
糖化工程は、製造プラントにおいてタンク（例えば、少なくとも４０００、４０，０００または５００，０００Ｌの容積を有するタンク）中で部分的もしくは完全に実施することができ、そして／または輸送中に、例えば鉄道車輛、タンカートラック、スーパータンカーもしくは船の船倉において、部分的もしくは完全に実施することができる。完全糖化に要する時間は、工程条件、ならびに用いられる炭水化物含有材料および酵素に依存する。糖化が、制御された条件下で製造プラントにおいて実施される場合、セルロースは、約１２〜９６時間で、実質的に完全に、糖、例えばグルコースに変換され得る。糖化が、輸送中に部分的または完全に実施される場合、糖化は、より長い時間を要し得る。
【０１３９】
例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、ＷＯ２０１０／１３５３８０号として英語で公開され米国を指定した、２０１０年５月１８日出願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３５３３１号に記載されたようなジェットミキシングを用いて、糖化中にタンク内容物が混合されるのが、一般的に好ましい。
【０１４０】
界面活性剤の添加により、糖化の速度を増強することができる。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、または両性イオン性界面活性剤が挙げられる。
【０１４１】
糖化により生じる糖溶液の濃度が相対的に高いこと、例えば４０重量％を超える、または５０重量％を超える、６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％または９５重量％を超えることが、一般的に好ましい。水は、例えば蒸発により除去されて、糖溶液の濃度を増大し得る。これは、出荷される容量を減少させ、溶液中での微生物増殖も阻害する。
【０１４２】
あるいは低濃度の糖溶液が用いられてもよく、この場合、抗菌性添加剤、例えば広域抗生物質を、低濃度で、例えば５０〜１５０ｐｐｍで添加することが望ましくなり得る。他の適切な抗生物質としては、アンフォテリシン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、ヒグロマイシンＢ、カナマイシン、ネオマイシン、ペニシリン、プロマイシン、ストレプトマイシンが挙げられる。抗生物質は、運搬および貯蔵中の微生物の増殖を阻害し、適切な濃度で、例えば１５〜１０００重量ｐｐｍ、例えば２５〜５００ｐｐｍ、または５０〜１５０ｐｐｍで用いることができる。糖濃度が相対的に高い場合でも、所望なら、抗生物質を含ませることができる。あるいは、防腐特性を有する抗菌性の他の添加物が、用いられてもよい。好ましくは、抗菌性添加剤（複数可）は、食品等級である。
【０１４３】
酵素を有する炭水化物含有材料に添加される水の量を限定することにより、相対的に高濃度の溶液が得られる。例えば糖化が起こる程度を制御することにより、濃度を制御することができる。例えば、濃度は、溶液により多くの炭水化物含有材料を添加することにより、増大され得る。溶液中で生成されている糖を保持するために、界面活性剤、例えば先に議論された界面活性剤の１種を添加することができる。溶液の温度を上昇させることにより、溶解度も増大することができる。例えば、溶液は、４０〜５０℃、６０〜８０℃、またはそれを超える温度を保持することができる。
【０１４４】
糖化剤
適切なセルロース分解酵素としては、バシラス属、ヒトヨタケ属、ミセリオフィトラ属、セファロスポリウム属、シタリジウム属、ペニシリウム属、アスペルギルス属、シュードモナス属、フミコラ属、フザリウム属、チエラビア属、アクレモニウム属、クリソスポリウム属およびトリコデルマ属の菌株由来のセルラーゼが挙げられ、特にアスペルギルス種（例えば、欧州特許公開第０４５８１６２号参照）、フミコラ・インソレンス（シタリジウム・テルモフィルムとして再分類；例えば、米国特許第４，４３５，３０７号参照）、コプリヌス・シエレウス、フザリウム・オキシスポルム、ミセリオフィトラ・テルモフィラ、メリピルス・ギガンテウス、チエラビア・テレストリス、アクレモニウム種（例えば非限定的に、Ａ．ペルシシヌム、Ａ．アクレモニウム、Ａ．ブラキペニウム、Ａ．ジクロモスポルム、Ａ．オブクラバツム、Ａ．ピンケルトニエ、Ａ．ロゼオグリセウム、Ａ．インコロラツムおよびＡ．フラツムなど）の種から選択される菌株により産生されるものが挙げられる。好ましい菌株としては、フミコラ・インソレンス  ＤＳＭ１８００、フザリウム・オキシスポルム  ＤＳＭ２６７２、ミセリオフィトラ・テルモフィラ  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・ペルシシヌム  ＣＢＳ１６９．６５、アクレモニウム・アクレモニウム ＡＨＵ９５１９、セファロスポリウム種  ＣＢＳ５３５．７１、アクレモニウム・ブラキペニウム  ＣＢＳ８６６．７３、アクレモニウム・ジクロモスポルム  ＣＢＳ６８３．７３、アクレモニウム・オブクラバツム  ＣＢＳ３１１．７４、アクレモニウム・ピンケルトニエ  ＣＢＳ１５７．７０、アクレモニウム・ロゼオグリセウム  ＣＢＳ１３４．５６、アクレモニウム・インコロラツム  ＣＢＳ１４６．６２、およびアクレモニウム・フラツム  ＣＢＳ２９９．７０Ｈが挙げられる。セルロース分解酵素は、クリソスポリウム属、好ましくはクリソスポリウム・ルクノウエンスの菌株から得ることもできる。用いられ得る更なる菌株としては、トリコデルマ属（特に、Ｔ．ビリデ、Ｔ．リーセイおよびＴ．コニンギー）、好アルカリ性バシラス属（例えば米国特許第３，８４４，８９０号および欧州特許公開第０４５８１６２号参照）、およびストレプトミセス属（例えば、欧州特許公開第０４５８１６２号参照）が挙げられるが、これらに限らない。
【０１４５】
酵素に加えて、またはそれと併せて、酸、塩基および他の化学物質（例えば、酸化剤）を、リグノセルロース材料およびセルロース材料を糖化するのに用いることができる。これらは、任意の組合せまたは順番（例えば、酵素の添加前、添加後および／または添加中）で用いることができる。例えば強い鉱酸（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４）および強塩基（例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ）を用いることができる。
【０１４６】
糖
本明細書に記載された工程において、例えば糖化後に、糖（例えば、グルコースおよびキシロース）を単離することができる。例えば糖は、沈降、結晶化、クロマトグラフィー（例えば、本明細書に記載された擬似移動床クロマトグラフィー、高圧クロマトグラフィー）、遠心分離、抽出、当該技術分野で公知の任意の他の単離方法、およびそれらの組合せにより単離することができる。
【０１４７】
水素添加および他の化学転換
本明細書に記載された工程は、水素添加を含み得る。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添加され得る。水素添加は、高圧（例えば、１０〜１２０００ｐｓｉ）下で、Ｈ２と併用で触媒（例えば、Ｐｔ／γ−Ａｌ２Ｏ３、Ｒｕ／Ｃ、ラネーニッケル、または当該技術分野で公知の他の触媒）の使用により遂行され得る。本明細書に記載された工程から得られた生成物の化学転換の他のタイプ、例えば有機糖由来生成物（例えば、フルフラルおよびフルフラル由来生成物）の生成を、利用することができる。糖由来生成物の化学転換は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１３年７月３日出願の米国特許出願第１３／９３４，７０４号に記載される。
【０１４８】
発酵
例えば酵母およびザイモモナス菌は、糖（複数可）からアルコール（複数可）への発酵または変換に用いることができる。他の微生物は、以下に議論される。発酵の至適ｐＨは、約ｐＨ４〜７である。例えば、酵母の至適ｐＨは、約ｐＨ４〜５であるが、ザイモモナス属の至適ｐＨは、約５〜６である。典型的な発酵時間は、約２４〜１６８時間（例えば２４〜９６時間）で、温度は２０℃〜４０℃（例えば、２６℃〜４０℃）の範囲内であるが、好熱性微生物では、より高温が好ましい。
【０１４９】
幾つかの実施形態において、例えば嫌気性生物が、用いられる場合、発酵の少なくとも一部は、酸素の非存在下、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ２またはそれらの混合物などの不活性ガスで覆われて、実行される。加えて混合物は、発酵の一部または全ての間、タンクを通して流れる不活性ガスの一定したパージを有し得る。幾つかの例において、嫌気性条件が、発酵中の二酸化炭素生成により達成または保持され、更なる不活性ガスは必要とならない。
【０１５０】
幾つかの実施形態において、発酵工程の全てまたは一部を、低分子量の糖が完全に生成物（例えば、エタノール）に変換される前に、遮断することができる。中間発酵生成物としては、高濃度の糖および炭水化物が挙げられる。糖および炭水化物は、当該技術分野で公知の任意手段により単離され得る。これらの中間発酵生成物は、ヒトまたは動物消費のための食物の調製に用いることができる。追加または代わりとして、中間発酵生成物は、ステンレス鋼の実験用ミルで微粒子径に粉砕されて、小麦粉様物質を生成することができる。ジェットミキシングを、発酵中に用いることができ、幾つかの例において、糖化および発酵は、同一タンク中で実施される。
【０１５１】
微生物のための栄養素は、糖化および／または発酵中に添加され、例えば食物ベースの栄養素パッケージは、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１１年７月１５日出願の米国特許出願公開第２０１２／００５２５３６号に記載される。
【０１５２】
「発酵」は、内容が全体として参照により本明細書に組み入れられる、２０１３年６月２７日公開のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１０９３号、２０１２年６月２７日公開のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１９０７号、および２０１２年６月２７日公開のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１０８３号に開示される。
【０１５３】
内容が全体として参照により本明細書に組み入れられる、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７４０２８号（２００７年７月２０日出願；ＷＯ２００８／０１１５９８として英語で公開され、米国を指定）と米国特許８，３１８，４５２に記載されているように、可動性発酵槽を利用することができる。同様に、糖化設備は、可動性であってもよい。さらに、糖化および／または発酵は、輸送中に、一部または完全に実施されてもよい。  
【０１５４】
発酵剤
発酵に用いられる微生物（複数可）は、天然由来微生物および／または遺伝子操作された微生物であってもよい。例えば微生物は、細菌（例えば非限定的に、セルロース分解性細菌など）、真菌（例えば非限定的に、酵母など）、植物、原生生物、例えば原生動物または真菌様原生生物（例えば非限定的に、粘菌など）、または藻類であってもよい。生物体が適合性である場合、生物体の混合物を利用することができる。
【０１５５】
適切な発酵微生物は、炭水化物、例えばグルコース、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、サッカロミセス種（例えば非限定的に、Ｓ．セレビシエ（パン酵母）、Ｓ．ディスタチクス、Ｓ．ウバルムなど）、クルイベロミセス属（例えば非限定的に、Ｋ．マルキシアヌス、Ｋ．フラギリスなど）、カンジダ属（例えば非限定的に、Ｃ．シュードトロピカリスおよびＣ．ブラッシケ）、ピキア・スチピチス（カンジダ・シェハテの共通系統）、クラビスポラ属（例えば非限定的に、Ｃ．ルシタニエおよびＣ．オプンチエなど）、パチソレン属（例えば非限定的に、Ｐ．タンノフィルスなど）、ブレタンノミセス属（例えば非限定的に、Ｂ．クラウセニイ（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  Ｇ．  Ｐ．，  １９９６，  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｉｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，  Ｗｙｍａｎ，  Ｃ．Ｅ．，  ｅｄ．，  Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＤＣ，  １７９−２１２）など）の菌株が挙げられる。その他の適切な微生物としては、例えば、ザイモモナス・モビリス、クロストリジウム種（例えば非限定的に、Ｃ．テルモセルム（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  １９９６，上記）、Ｃ．サッカロブチラセトニクム、Ｃ．チロブチリクム、Ｃ．サッカロブチリクム、Ｃ．プニセウム、Ｃ．ベイジェルンキイおよびＣ．アセトブチリクム）、モニリエラ種（例えば非限定的に、Ｍ．ポリニス、Ｍ．トメントサ、Ｍ．マディダ、Ｍ．ニグレッセンス、Ｍ．エドセファリ（Ｍ．ｏｅｄｏｃｅｐｈａｌｉ）、Ｍ．メガチリエンシス）、ヤロウィア・リポリチカ、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種、チフラ・バリアビリス、カンジダ・マグノリエ、ウスチラギノミセテス種、シュードザイマ・ツクバエンシス、ジゴサッカロミセス属の酵母種、デバリオマイセス属、ハンセヌラ属およびピチカ属、ならびにトルラ属の黒色真菌（例えば、Ｔ．コラリナ）などが挙げられる。
【０１５６】
更なる微生物としては、ラクトバチルスの群が挙げられる。例としては、ラクトバチルス・カゼイ、ラクトバチルス・ラムノサス、ラクトバチルス・デルブルエキイ、ラクトバチルス・プランタルム、ラクトバチルス・コリニフォルミス、例えばラクトバチルス・コリニフォルミス亜種トルケンス、ラクトバチルス・ペントサス、ラクトバチルス・ブレビスが挙げられる。他の微生物としては、ペディオコッカス・ペントサセウス（Ｐｅｄｉｏｃｏｃｕｓ  ｐｅｎｏｓａｃｅｕｓ）、リゾプス・オリゼが挙げられる。
【０１５７】
複数の生物体、例えば細菌、酵母および真菌を用いて、糖およびアルコールなどのバイオマス由来生成物を、例えばコハク酸に発酵することができる。例えば生物体は、アクチノバシルス・スクシノゲネス、アナエロビオスピリルム・スクシニシプロデュセンス、マンヘイミア・スクシニシプロデュセンス、ルミノコッカス・フラベファシエンス、ルミノコッカス・アルブス、フィブロバクター・スクシノゲネス、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・ルミニコラ、バクテロイデス・アミロフィルス、バクテリオデス・スクシノゲネス、マンヘイミア・スクシニシプロデュセンス、コリネバクテリウム・グルタミカム、アスペルギルス・ニゲル、アスペルギルス・フミガーツス、ビソクラミス・ニベア、レンチヌス・デジェネ、ペシロマイセス・バリオチ、ペニシリウム・ビニフェラム、サッカロマイセス・セレビシエ、エンテロコッカス・フェカリ、プレボテラ・ルミニコラ、デバリオマイセス・ハンセニイ、カンジダ・カテヌラタＶＫＭ  Ｙ−５、Ｃ．ミコデルマＶＫＭ  Ｙ−２４０、Ｃ．ルゴサＶＫＭ  Ｙ−６７、Ｃ．パルジゲナ（ｐａｌｕｄｉｇｅｎａ）ＶＫＭ  Ｙ−２４４３、Ｃ．ウティリスＶＫＭ  Ｙ−７４、Ｃ．ウティリス７６６、Ｃ．ゼイラノイデスＶＫＭ  Ｙ−６、Ｃ．ゼイラノデスＶＫＭ  Ｙ−１４、Ｃ．ゼイラノデスＶＫＭ  Ｙ−２３２４、Ｃ．ゼイラノデスＶＫＭ  Ｙ−１５４３、Ｃ．ゼイラノデスＶＫＭ  Ｙ−２５９５、Ｃ．バリダＶＫＭ  Ｙ−９３４、クルイベロマイセス・ウィッカーハミイＶＫＭ  Ｙ−５８９、ピキア・アノマラＶＫＭ  Ｙ−１１８、Ｐ．ベッセイイＶＫＭ  Ｙ−２０８４、Ｐ．メディアＶＫＭ  Ｙ−１３８１，  Ｐ．ギリエルモンディＨ−Ｐ−４、Ｐ．ギリエルモンディ９１６、Ｐ．イノシトボラＶＫＭ  Ｙ−２４９４、サッカロマイセス・セレビシエＶＫＭ  Ｙ−３８１、トルロプシス・カンジダ１２７、Ｔ．カンジダ４２０、ヤロウイア・リポリティカ１２ａ、Ｙ．リポリティカＶＫＭ  Ｙ−４７、Ｙ．リポリティカ６９、Ｙ．リポリティカＶＫＭ  Ｙ−５７、Ｙ．リポリティカ２１２、Ｙ．リポリティカ３７４／４、Ｙ．リポリティカ５８５、Ｙ．リポリティカ６９５、Ｙ．リポリティカ７０４、およびこれらの生物体の混合物から選択することができる。
【０１５８】
多くのそのような微生物菌株は、商業的に、または寄託機関、幾つか挙げるとＡＴＣＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ、  米国バージニア州マナサス所在）、ＮＲＲＬ（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，  Ｐｅｏｒｉａ、米国イリノイ州ピオリア所在）またはＤＳＭＺ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ  Ｓａｍｍｌｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ  ｕｎｄ  Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ  ＧｍｂＨ、ドイツ  ブラウンシュバイク所在）などを通して、公的に入手可能である。
【０１５９】
市販の酵母としては、例えばＲｅｄ  Ｓｔａｒ（登録商標）／Ｌｅｓａｆｆｒｅ  Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｒｅｄ（米国のＲｅｄ  Ｓｔａｒ／ＬｅｓａｆｆｒｅＡから入手可能）、ＦＡＬＩ（登録商標）（米国のＢｕｒｎｓ  Ｐｈｉｌｉｐ  Ｆｏｏｄ  Ｉｎｃ．，のＦｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓ  Ｙｅａｓｔ，  ａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）（Ａｌｌｔｅｃｈ、現在のＬａｌｅｍａｎｄから入手可能）、ＧＥＲＴ  ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（スウェーデンのＧｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  ＡＢから入手可能）およびＦＥＲＭＯＬ（登録商標）（ＤＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能）が挙げられる。
【０１６０】
蒸留
発酵後、得られた流体は、例えば「ビールカラム」を用いて蒸留されて、大部分の水および残留固体からエタノールおよび他のアルコールを分離し得る。ビールカラムを出る蒸気は、例えば３５重量％エタノールであり、精留塔に供給することができる。精留塔からのほぼ共沸混合性（９２．５％）のエタノールおよび水の混合物は、蒸気相分子ふるいを用いて、純（９９．５％）エタノールに精製することができる。ビールカラム底は、三重効用蒸発器の第一効用に送出することができる。精留塔還流冷却器は、この第一効用のために熱を提供することができる。第一効用後、固体は、遠心分離器を用いて分離して、回転式乾燥機で乾燥することができる。遠心分離流出液の一部（２５％）は、発酵に再循環され、残りは第二および第三蒸発器効用に送出することができる。蒸発器凝縮物のほとんどが、かなり透明な凝縮物として該工程に戻され、小部分が、廃水処理に分けられて、低沸点化合物の蓄積を防止することができる。
【０１６１】
炭化水素含有材料
本明細書に記載された方法およびシステムを使用する他の実施形態において、例えばバイオマスと混合された、炭化水素含有材料を加工することができる。本明細書に記載された任意の工程は、本明細書に記載された任意の炭化水素含有材料を処理するのに用いることができる。本明細書で用いられる「炭化水素含有材料」は、油砂、油頁岩、タールサンド、粉炭、石炭スラリー、ビチューメン、様々なタイプの石炭、ならびに炭化水素成分および固形分の両方を含む他の天然由来および合成材料を含むことを意味する。固形分としては、木材、岩、砂、粘土、石、沈泥、掘削スラリー、または他の固体有機物および／もしくは無機物を挙げることができる。その用語は、掘削廃棄物および副産物などの廃棄生成物、精錬された廃棄物および副産物、または炭化水素成分を含む他の廃棄生成物、例えばアスファルトシングルおよび被覆、アスファルト舗装なども包含し得る。
【０１６２】
運搬システム
様々な運搬システムを用いて、バイオマス材料を、例えばこれまで議論された通り保管庫へ、そして保管庫内の電子ビームの下に運搬することができる。模範的コンベヤは、ベルトコンベヤ、空気式コンベヤ、スクリューコンベヤ、カート、列車、線路上の列車またはカート、エレベータ、フロントローダ、バックホー、クレーン、様々なスクレーパおよびショベル、トラック、ならびに投入デバイスを用いることができる。例えば振動コンベヤは、本明細書に記載された様々な工程で用いることができる。振動コンベヤは、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１３年１０月１０日出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１３／６４２８９号に記載される。
【０１６３】
振動コンベヤは、材料を広げて、コンベヤトラフの表面で均一な層を生成するのに、特に有用である。例えば最初の原料は、少なくとも４フィートの高さ（例えば、少なくとも約３フィート、少なくとも約２フィート、少なくとも約１フィート、少なくとも約６インチ、少なくとも約５インチ、少なくとも約４インチ、少なくとも約３インチ、少なくとも約２インチ、少なくとも約１インチ、少なくとも約１／２インチ）およびコンベヤの幅よりも小さい全長（例えば、約１０％未満、約２０％未満、約３０％未満、約４０％未満、約５０％未満、約６０％未満、約７０％未満、約８０％未満、約９０％未満、約９５％未満、約９９％未満）になり得る材料の堆積を形成することができる。振動コンベヤは、材料を、好ましくは先に議論された通り、コンベヤトラフの幅全体にかけ、均一な厚さを有するように、広げることができる。幾つかの例において、更なる展延方法が、有用になり得る。例えば散布スプレッダ、滴下スプレッダ（例えば、ＣＨＲＩＳＴＹ  ＳＰＲＥＡＤＥＲ（商標））またはそれらの組合せなどのスプレッダを用いて、広い面積に原料を滴下すること（例えば、配置すること、注入すること、ばらまくこと、および／または振りかけること）ができる。場合によりスプレッダは、振動コンベヤ上に広いシャワーまたはカーテンとしてバイオマスを送達することができる。さらに、第一のコンベヤ（例えば、第一のコンベヤは原料の照射において用いられる）から上流の第二のコンベヤが、第一のコンベヤ上にバイオマスを滴下することができ、そこで第二のコンベヤが、第一のコンベヤよりも小さい、運搬方向に対して横方向の幅を有し得る。特に第二のコンベヤが、振動コンベヤである場合、原料は、第二のコンベヤおよび第一のコンベヤの活動により広げられる。幾つかの選択的実施形態において、第二のコンベヤは、斜め方向に切断された端部から吐出されるようになっており（例えば、４：１比で斜めに切断）、材料が広いカーテンとして（例えば、第二のコンベヤの幅よりも広い）第一のコンベヤに滴下することができる。スプレッダ（例えば、散布スプレッダ、滴下スプレッダ、コンベヤ、またはクロスカット振動コンベヤ）によるバイオマスの最初の滴下エリアは、第一の振動コンベヤの幅全体に広がり得るか、またはこの幅の一部に広がり得る。材料は、コンベヤに滴下されると、コンベヤの振動により、さらに均一に広げられて、好ましくはコンベヤの幅全体が、バイオマスの均一層で覆われるようになる。幾つかの実施形態において、スプレッダの組合せを使用することができる。原料を広げる幾つかの方法は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２００２年７月２３日に出願され２００６年１２月２６日に公開された米国特許第７，１５３，５３３号に記載される。
【０１６４】
一般に、電子ビームを通って可能な限り急速に材料を運搬し、処理能力を最大にすることが好ましい。例えば材料は、少なくとも１フィート／分、例えば少なくとも２フィート／分、少なくとも３フィート／分、少なくとも４フィート／分、少なくとも５フィート／分、少なくとも１０フィート／分、少なくとも１５フィート／分、少なくとも２０フィート／分、少なくとも２５フィート／分、少なくとも３０フィート／分、少なくとも４０フィート／分、少なくとも５０フィート／分、少なくとも６０フィート／分、少なくとも７０フィート／分、少なくとも８０フィート／分、少なくとも９０フィート／分の速度で運搬することができる。運搬の速度は、ビーム電流および目的となる照射線量に関係し、例えば、５．５フィート幅のコンベヤに１／４インチ厚のバイオマスを１００ｍＡで広げる場合、コンベヤは、約２０フィート／分で移動して、有用な照射線量を提供することができ（例えば、１パスで約１０Ｍｒａｄ）、５０ｍＡでは、コンベヤは、約１０フィート／分で移動して、ほぼ同じ照射線量を提供することができる。
【０１６５】
材料を運搬し得る速度は、運搬される材料の形状および重量、ならびに所望の処理に依存する。材料、例えば粒子材料を流す場合、振動コンベヤでの運搬には特に実行し易い。運搬速度は、例えば少なくとも１００ポンド／時間（例えば、少なくとも５００ポンド／時間、少なくとも１０００ポンド／時間、少なくとも２０００ポンド／時間、少なくとも３０００ポンド／時間、少なくとも４０００ポンド／時間、少なくとも５０００ポンド／時間、少なくとも１０，０００ポンド／時間、少なくとも１５，０００ポンド／時間、または少なくとも２５，０００ポンド／時間）になり得る。幾つかの典型的な運搬速度は、約１０００〜１０，０００ポンド／時間（例えば、約１０００〜８，０００ポンド／時間、約２０００〜７，０００ポンド／時間、約２０００〜６，０００ポンド／時間、約２０００〜５，０００ポンド／時間、約２０００〜４，５００ポンド／時間、約１５００〜５，０００ポンド／時間、約３０００〜７，０００ポンド／時間、約３０００〜６，０００ポンド／時間、約４０００〜６，０００ポンド／時間および約４０００〜５，０００ポンド／時間）になり得る。典型的な運搬速度は、材料の密度に依存する。例えば密度約３５ポンド／フィート３および運搬速度約５０００ポンド／時間のバイオマスの場合、材料は、約１４３フィート３／時間の速度で運搬され、材料が１／４インチ厚で、５．５フィート幅のトラフに入れられる場合、材料は約１２５０フィート／時間（約２１フィート／分）の速度で運搬される。それゆえ材料を運搬する速度は、大きく変動し得る。好ましくは例えば１／４インチ厚のバイオマスは、約５〜１００フィート／分（例えば、約５〜１００フィート／分、約６〜１００フィート／分、約７〜１００フィート／分、約８〜１００フィート／分、約９〜１００フィート／分、約１０〜１００フィート／分、約１１〜１００フィート／分、約１２〜１００フィート／分、約１３〜１００フィート／分、約１４〜１００フィート／分、約１５〜１００フィート／分、約２０〜１００フィート／分、約３０〜１００フィート／分、約４０〜１００フィート／分、約２〜６０フィート／分、約３〜６０フィート／分、約５〜６０フィート／分、約６〜６０フィート／分、約７〜６０フィート／分、約８〜６０フィート／分、約９〜６０フィート／分、約１０〜６０フィート／分、約１５〜６０フィート／分、約２０〜６０フィート／分、約３０〜６０フィート／分、約４０〜６０フィート／分、約２〜５０フィート／分、約３〜５０フィート／分、約５〜５０フィート／分、約６〜５０フィート／分、約７〜５０フィート／分、約８〜５０フィート／分、約９〜５０フィート／分、約１０〜５０フィート／分、約１５〜５０フィート／分、約２０〜５０フィート／分、約３０〜５０フィート／分、約４０〜５０フィート／分）の速度で運搬される。例えば電子ビーム（例えば、シャワー、照射野）の下を通過する時に材料の一定した照射の維持を支援するために、材料が一定速度で運搬されることが好ましい。
【０１６６】
記載された振動コンベヤは、材料をふるい分けて選別するためのふるいを含むことができる。トラフの側面または底部の開口部を、例えばサイズまたは形状により、特定材料を選別、選択または除去するために用いることができる。幾つかのコンベヤは、支持構造への動的力を低減するために、釣合い重りを有する。幾つかの振動コンベヤは、螺旋エレベータとして構成され、表面のあたりで湾曲するように設計され、そして／または１つのコンベヤから他方のコンベヤに材料を滴下するように（例えば、段階的、カスケードまたは一連の段もしくは階段として）設計されている。材料を運搬することに加えて、コンベヤは、ふるい分け、分離、選別、分類、分配、サイズわけ、検閲、抜き取り、金属除去、凍結、ブレンド、混合、配列、加熱、蒸解、乾燥、脱水、浄化、洗浄、濾過、クエンチング、コーティング、除塵、および／または供給のために単独で、または他の設備もしくはシステムと連結させて、使用することができる。コンベヤは、カバー（例えば、防塵カバー）、側部吐出ゲート、底部吐出ゲート、特別なライナー（例えば、抗粘着性、ステンレス鋼、ゴム、特注のスチール、および／または溝付き）、分離したトラフ、クエンチプール、ふるい、穿孔プレート、検出器（例えば、金属検出器）、高温設計、食品等級の設計、ヒータ、乾燥機および／または冷却器を含むこともできる。加えてトラフは、様々な形状、例えば平坦な底部、Ｖ字形の底部、最上部のフランジ、湾曲した底部、いずれかの方向に隆起のある平板、管状、半円型、覆い付き、またはこれらのいずれかの組合せであってもよい。特に該コンベヤは、照射システムおよび／または設備と連結することができる。
【０１６７】
コンベヤ（例えば、振動コンベヤ）は、耐腐食性材料で作製することができる。コンベヤは、ステンレス鋼（例えば、３０４、３１６ステンレス鋼、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）合金およびＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）合金）を含む構造材料を使用することができる。例えばＨｙｎｅｓ（米国インディアナ州コーコモー所在）のＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）耐腐食性合金、例えばＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｂ−３（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）ＨＹＢＲＩＤ−ＢＣ１（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−４合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２２（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２２ＨＳ（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２７６合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２０００（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｇ−３０（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｇ−３５（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｎ合金およびＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）ＵＬＴＩＭＥＴ（登録商標）合金。
【０１６８】
振動コンベヤは、非粘着性の剥離コーティング、例えばＴＵＦＦＬＯＮ（商標）（Ｄｕｐｏｎｔ、米国デラウエア所在）を含むことができる。振動コンベヤは、耐腐食性コーティングを含むこともできる。例えば、Ｍｅｔａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｃｏｒｐ（米国テキサス州ヒューストン所在）から供給され得るコーティングなど、例えばフルオロポリマーＸＹＬＡＮ（登録商標）、二硫化モリブデン、エポキシフェノール、リン酸第一鉄金属コーティング、エポキシ用のポリウレタン高光沢トップコート  、無機亜鉛、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＰＳ／ＲＹＴＯＮ（登録商標）、フッ素化エチレンプロピレン、ＰＶＤＦ／ＤＹＫＯＲ（登録商標）、ＥＣＴＦＥ／ＨＡＬＡＲ（登録商標）およびセラミックエポキシコーティング。コーティングは、プロセスガス（例えば、オゾン）、化学腐食、点食、焼き付き腐食および酸化への耐性を改善することができる。
【０１６９】
場合により、本明細書に記載された運搬システムに加えて、１つ以上の他の運搬システムが取り囲まれていてもよい。囲みを利用する場合、取り囲まれた運搬システムは、酸素レベルの低い大気中に保持されるように、不活性ガスでパージさせることもできる。酸素レベルを低く保つことで、幾つかの例において反応性および毒性により望ましくない、オゾンの形成が回避される。例えば酸素は、約２０％未満（例えば、約１０％未満、約１％未満、約０．１％未満、約０．０１％未満または約０．００１％未満の酸素）になり得る。パージは、非限定的に窒素、アルゴン、ヘリウムまたは二酸化炭素などの不活性ガスを用いて実施することができる。これは、液体供給源（例えば、液体窒素またはヘリウム）の蒸発により供給すること、そのものの位置で空気から発生もしくは分離すること、またはタンクから供給することができる。不活性ガスは、再循環することができ、任意の残留酸素を、銅触媒床などの触媒を用いて除去することができる。あるいはパージと、再循環と、酸素除去の組合せを、酸素レベルを低く保つために実施することができる。
【０１７０】
取り囲まれたコンベヤは、バイオマスと反応し得る反応性ガスでパージすることもできる。これは、照射工程の前、照射工程中または照射工程後に実施することができる。反応性ガスは、亜酸化窒素、アンモニア、酸素、オゾン、炭化水素、芳香族化合物、アミド、過酸化物、アジド、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、リン化物、ホスフィン、アルシン、スルフィド、チオール、ボラン、および／または水素化物であってもよいが、これらに限らない。反応性ガスは、例えば照射（例えば、電子ビーム、ＵＶ照射、マイクロ波照射、加熱、ＩＲ線）により、囲みの中で活性化させて、反応性ガスをバイオマスと反応させることができる。バイオマスそのものは、例えば照射により、活性化することができる。好ましくはバイオマスは、電子ビームにより活性化されてラジカルを生成し、その後、例えばラジカルカップリングまたはクエンチングにより、活性化または不活性化反応性ガスと反応させる。
【０１７１】
取り囲まれたコンベヤに供給されたパージガスは、例えば約２５℃未満、約０℃未満、約−４０℃未満、約−８０℃未満、約−１２０℃未満に冷却することもできる。例えばガスは、液体窒素などの圧縮ガスから蒸発させること、または固体二酸化炭素から昇華させることができる。別の例として、ガスは冷凍機により冷却することができ、またはコンベヤの一部もしくは全体を冷却することができる。
【０１７２】
他の実施形態
本明細書で議論された任意の材料、加工または加工された材料を用いて、複合体、充填剤、結合剤、可塑性添加剤、吸着剤および制御放出剤などの生成物および／または中間体を作製することができる。該方法は、例えば圧力および熱を材料に加えることによる、高密度化を含むことができる。例えば複合体は、繊維性材料を樹脂またはポリマーと混和することにより作製することができる。例えば放射線架橋性樹脂、例えば熱可塑性樹脂を繊維性材料と混和して、繊維性材料／架橋性樹脂の混和物を提供することができる。そのような材料は、例えば建築材料、保護シート、コンテナおよび他の構造材料（例えば、鋳造および／または押出生成物）として有用になり得る。吸収剤は、例えばペレット、チップ、繊維および／またはシートの形態であってもよい。吸着剤を、例えばペット用寝床材、梱包材として、または汚染制御システムにおいて用いることができる。制御放出性マトリックスは、例えばペレット、チップ、繊維および／またはシートの形態であってもよい。制御放出性マトリックスは、例えば薬物、殺生物剤、芳香剤を放出するために用いることができる。例えば複合体、吸収剤および制御放出剤、ならびにそれらの使用は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２００６年３月２３日出願の米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０６４８号および２０１１年１１月２２日出願の米国特許第８，０７４，９１０号に記載される。
【０１７３】
幾つかの例において、バイオマス材料は、例えば加速された電子を用いて、第一のレベルで処理されて難分解性を低下させ、１種以上の糖（例えば、キシロース）を選択的に放出する。バイオマスは、その後、第二のレベルに処理されて、１種以上の他の糖（例えば、グルコース）を放出することができる。場合によりバイオマスは、処理間で乾燥させることができる。処理は、化学処理および生化学処理を施して、糖を放出することができる。例えばバイオマス材料は、約２０Ｍｒａｄ未満（例えば、約１５Ｍｒａｄ未満、約１０Ｍｒａｄ未満、約５Ｍｒａｄ未満、約２Ｍｒａｄ未満）のレベルに処理され、その後、１０％未満（例えば、約９％未満、約８％未満、約７％未満、約６％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満、約１％未満、約０．７５％未満、約０．５０％未満、約０．２５％未満）の硫酸を含む硫酸溶液で処理されて、キシロースを放出することができる。例えば溶液に放出されるキシロースを固体から分離し、場合により固体を溶媒／溶液（例えば、水および／または酸性化水）で洗浄することができる。場合により固体を、例えば空気中、および／または真空下で場合により加熱しながら（例えば、約１５０℃未満、約１２０℃未満）で水分量約２５重量％未満（約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、）に乾燥させることができる。その後、固体を約３０Ｍｒａｄ未満（例えば、約２５Ｍｒａｄ未満、約２０Ｍｒａｄ未満、約１５Ｍｒａｄ未満、約１０Ｍｒａｄ未満、約５Ｍｒａｄ未満、約１Ｍｒａｄ未満または全くない）のレベルで処理し、その後、酵素（例えば、セルラーゼ）で処理して、グルコースを放出することができる。グルコース（例えば、溶液中グルコース）を、残留固体から分離することができる。その後、固体をさらに加工して、例えばエネルギーまたは他の生成物（例えば、リグニン由来生成物）を生成するのに用いることができる。
【０１７４】
香味剤、芳香剤および着色剤
例えば本明細書に記載された工程、システムおよび／または設備により生成される、本明細書に記載された生成物および／または中間体のいずれかを、香味剤、芳香剤、着色剤および／またはこれらの混合物と混和することができる。例えば、糖、有機酸、燃料、ポリオール、例えば糖アルコール、バイオマス、繊維および複合体（場合により香味剤、芳香剤および／または着色剤と共に）の任意の１種以上を、混和（例えば、製剤、混合または反応）することができ、または他の生成物を作製するのに用いることができる。例えば１種以上のそのような生成物を用いて、石鹸、洗剤、キャンディー、飲料（例えば、コーラ、ワイン、ビール、リキュール、例えばジンまたはウォッカ、スポーツ飲料、コーヒー、紅茶）、シロップ医薬品、接着剤、シート（例えば、織物、不織布、フィルター、ティッシュ）および／または複合体（例えば、板）を作製することができる。例えば１種以上のそのような生成物を、ハーブ、花、花びら、スパイス、ビタミン、ポプリ、または蝋燭と混和することができる。例えば製剤、混合または反応させた混和物は、グレープフルーツ、オレンジ、アップル、ラズベリー、バナナ、レタス、セロリ、シナモン、チョコレート、バニラ、ペパーミント、ミント、玉ねぎ、にんにく、胡椒、サフラン、生姜、ミルク、ワイン、ビール、紅茶、赤身の牛肉、魚、二枚貝、オリーブオイル、ココナッツ脂肪、豚脂、バター脂肪、ビーフブイヨン、マメ科植物、ジャガイモ、マーマレード、ハム、コーヒーおよびチーズの香味剤／芳香剤を有することができる。
【０１７５】
香味剤、芳香剤および着色剤は、任意の量、例えば約０．００１重量％〜約３０重量％、例えば約０．０１重量％〜約２０重量％、約０．０５重量％〜約１０重量％、または約０．１重量％〜約５重量％添加することができる。これらは、任意の手段および任意の順序または連続で（例えば、撹拌、混合、乳化、ゲル化、注入、加熱、音波処理、および／または懸濁）製剤、混合および／または反応させることができる（例えば、本明細書に記載される任意の１種以上の生成物または中間体と）。充填剤、結合剤、乳化剤、抗酸化剤、例えばタンパク質のゲル、デンプンおよびシリカを、用いることもできる。
【０１７６】
一実施形態において、照射により生成された反応部位が香味剤、芳香剤および着色剤の反応適合性部位と反応し得るようにバイオマスを照射した直後に、香味剤、芳香剤および着色剤をバイオマスに添加することができる。
【０１７７】
香味剤、芳香剤および着色剤は、天然および／または合成材料であってもよい。これらの材料は、化合物、組成物またはこれらの混合物のうちの１つ以上であってもよい（例えば、複数の化合物の製剤または天然組成物）。場合により香味剤、芳香剤、抗酸化剤および着色剤は、例えば発酵工程（例えば、本明細書に記載された糖化材料の発酵）から、生物学的に誘導することができる。代わりまたは追加として、これらの香味剤、芳香剤および着色剤は、生物体の全体（例えば、植物、真菌、動物、細菌または酵母）または生物体の一部から採取することができる。生物体は、回収および／または抽出されて、本明細書に記載された方法、システムおよび設備を用いること、高温抽出、超臨界流体抽出、化学的抽出（例えば、酸および塩基を含む溶媒または反応性抽出）、機械的抽出（例えば、圧迫、破砕、濾過）、酵素の使用、出発原料を破壊するような細菌の使用、ならびにこれらの方法の組合せなど任意の手段により、色、香味剤、芳香剤および／または抗酸化剤を提供することができる。該化合物は、化学反応、例えば糖（例えば、本明細書に記載された通り生成される）とアミノ酸との混和（メイラード反応）により誘導することができる。香味剤、芳香剤、酸化剤および／または着色剤は、本明細書に記載された方法、設備またはシステムにより生成される中間体および／または生成物、例えばエステルおよびリグニン由来生成物であってもよい。
【０１７８】
香味剤、芳香剤または着色剤の幾つかの例が、ポリフェノールである。ポリフェノールは、多くの果物、野菜、穀粒および花の赤色、紫色および青色着色剤を担う顔料である。ポリフェノールは、抗酸化性も有することができ、多くの場合、苦味を有する。抗酸化性は、これらを重要な防腐剤にする。ポリフェノールの分類に、フラボノイド、例えばアントシアニジン、フラバノノール、フラバン−３−オール、フラバノンおよびフラバノノールである。用いられ得る他のフェノール性化合物としては、フェノール酸およびそのエステル、例えばクロロゲン酸および高分子タンニンが挙げられる。
【０１７９】
着色剤のうち、無機化合物、無機質または有機化合物、例えば二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、カドミウムイエロー（例えば、ＣｄＳ）、カドミウムオレンジ（例えば、若干のＳｅを含むＣｄＳ）、アリザリンクリムゾン（例えば、合成または非合成ローズマダー）、ウルトラマリン（例えば、合成ウルトラマリン、天然ウルトラマリン、合成ウルトラマリンバイオレット）、コバルトブルー、コバルトイエロー、コバルトグリーン、ビリジアン（例えば、酸化クロム（ＩＩＩ）水和物）、黄銅鉱、コニカルコ石、コルヌビア石、コーンウォール石およびリロコナイトを用いることができる。カーボンブラックおよび自己分散型ブラックなどの黒色顔料を用いてもよい。
【０１８０】
用いられ得る幾つかの香味剤および芳香剤としては、アカレアＴＢＨＱ、アセットＣ−６、アリルアミルグリコラート、α−テルピネオール、アンブレットリド、アンブリノール９５、アンドラン、アフェルメート、アップルライド（ＡＰＰＬＥＬＩＤＥ）、ＢＡＣＤＡＮＯＬ（登録商標）、ベルガマル、β−イオノンエポキシド、β−ナフチルイソブチルエーテル、ビシクロノナラクトン、ＢＯＲＮＡＦＩＸ（登録商標）、カントキサール、ＣＡＳＨＭＥＲＡＮ（登録商標）、ＣＡＳＨＭＥＲＡＮ（登録商標）ＶＥＬＶＥＴ、ＣＡＳＳＩＦＦＩＸ（登録商標）、セドラフィックス、ＣＥＤＲＡＭＢＥＲ（登録商標）、セドリルアセタート、セレストリド、シンナマルバ、シトラルジメチルアセタート、ＣＩＴＲＯＬＡＴＥ（商標）、シトロネロール７００、シトロネロール９５０、シトロネロールクール、シトロネリルアセタート、シトロネリルアセタートピュア、シトロネリルアセタートピュア、シトロネリルホルマート、クラリセット、クロナール、コニフェラン、コニフェランピュア、コルテクスアルデヒド５０％ペオモサ、シクラブテ、ＣＹＣＬＡＣＥＴ（登録商標）、ＣＹＣＬＡＰＲＯＰ（登録商標）、ＣＹＣＬＥＭＡＸ（商標）、シクロヘキシルエチルアセタート、ダマスコル、δダマスコン、ジヒドロシクラセット、ジヒドロミルセノール、ジヒドロテルピネオール、ジヒドロテルピニルアセタート、ジメチルシクロルモール、ジメチルオクタノールＰＱ、ジミルセトール、ジオラ、ジペンテン、ＤＵＬＣＩＮＹＬ（登録商標）  ＲＥＣＲＹＳＴＡＬＬＩＺＥＤ、エチル−３−フェニルグリシダート、フレーラモン、フレーラニル、フローラルスーパー、フロラロゾン、フロリフォール、フレイストン（ＦＲＡＩＳＴＯＮＥ）、フルクトン、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０  ＢＢ、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０  ＩＰＭ、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）  ＵＮＤＩＬＵＴＥＤ、ＧＡＬＢＡＳＣＯＮＥ、ゲラルデヒド、ゲラニオール５０２０、ゲラニオール６００タイプ、ゲラニオノール９５０、ゲラニオール９８０（ピュア）、ゲラニオールＣＦＴクール、ゲラニオールクール、ゲラニルアセタートクール、ゲラニルアセタートピュア、ゲラニルホルマート、グリサルバ、グアイルアセタート、ＨＥＬＩＯＮＡＬ（商標）、ヘルバック、ＨＥＲＢＡＬＩＭＥ（商標）、ヘキサデカノリド、ヘキサロン、ヘキセニルサリチラートシス−３，ヒヤシンスボディ、ヒヤシンスボディＮｏ．３、ハイドラトロピックアルデヒドＤＭＡ、ヒドロキシオール、ハイポーレム、インドラローム、イントレレベンアルデヒド、イントレレベンアルデヒドスペシャル、イオノンアルファ、イオノンベータ、イソシクロシトラル、イソシクロゲラニオール、ＩＳＯ  Ｅ  ＳＵＰＥＲ（登録商標）、イソブチルキノリン、ジャスマル、ＪＥＳＳＥＭＡＬ（登録商標）、ＫＨＡＲＩＳＭＡＬ（登録商標）、ＫＨＡＲＩＳＭＡＬ（登録商標）ＳＵＰＥＲ、クフシニル、ＫＯＡＶＯＮＥ（登録商標）、ＫＯＨＩＮＯＯＬ（登録商標）、ＬＩＦＦＡＲＯＭＥ（商標）、リモキサール、ＬＩＮＤＥＮＯＬ（商標）、ＬＹＲＡＬ（登録商標）、リレイムスーパー、マンダリンアルド１０％トリエ���ル、ＣＩＴＲ、マリティマ、ＭＣＫチャイニーズ、ＭＥＩＪＩＦＦ（商標）、メラフレール、メロゾン、メチルアントラニラート、メチルイオノンアルファエキストラ、メチルイオノンガンマＡ、メチルイオノンガンマクール、メチルイオノンガンマピュア、メチルラベンダーケトン、ＭＯＮＴＡＶＥＲＤＩ（登録商標）、ミュゲシア、ミュゲアルデヒド５０、ムスクＺ４、ミラックアルデヒド、ミルセニルアセタート、ＮＥＣＴＡＲＡＴＥ（商標）、ネロール９００、ネリルアセタート、オシメン、オクタセタール、オレンジフラワーエーテル、オリボン、ＯＲＲＩＮＩＦＦ２５％、オキサスピラン、オゾフレール、ＰＡＭＰＬＥＦＬＥＵＲ（登録商標）、ペオモサ、ＰＨＥＮＯＸＡＮＯＬ（登録商標）、ピコニア、プレシクレモンＢ、プレニルアセタート、プリスマントール、レセダボディ、ロザルバ、ロザムスク、サンジノール、ＳＡＮＴＡＬＩＦＦ（商標）、シベルタール、テルピネオール、テルピノレン２０、テルピノレン９０ＰＱ、テルピノレンレクト（ＴＥＲＰＹＮＯＬＥＮＥ  ＲＥＣＴ．）、テルピニルアセタート、テルピニルアセタートＪＡＸ、ＴＥＴＲＡＨＹＤＲＯ  ＭＵＧＵＯＬ（登録商標）、テトラヒドロミルセノール、テトラメラン、ＴＩＭＢＥＲＳＩＬＫ（商標）、トバカロール、ＴＲＩＭＯＦＩＸ（登録商標）Ｏ  ＴＴ、ＴＲＩＰＬＡＬ（登録商標）、ＴＲＩＳＡＭＢＥＲ（登録商標）、バノリス、ＶＥＲＤＯＸ（商標）、ＶＥＲＤＯＸ（商標）ＨＣ、ＶＥＲＴＥＮＥＸ（登録商標）、ＶＥＲＴＥＮＥＸ（登録商標）ＨＣ、ＶＥＲＴＯＦＩＸ（登録商標）ＣＯＥＵＲ、ベルトリフ、ベルトリフイソ、ビオリフ、ビバルディエ、ゼノリド、ＡＢＳ  インディア  ７５  ＰＣＴ  ミグリオール、ＡＢＳ  モロッコ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ＡＢＳ  モロッコ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、アブソルートフレンチ、アブソルートインディア、アブソルートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、アブソルートモロッコ、コンセントレート  ＰＧ、ティンクチャー２０  ＰＣＴ、アンバーグリス、アンブレットアブソルート、アンブレットシードオイル、アルモワーズオイル７０  ＰＣＴ  ツヨン、バジルアブソルートグランベール、バジルグランベールＡＢＳ  ＭＤ、バジルオイルグランベール、バジルオイルバーベナ、バジルオイルベトナム、ベイオイルテルペンレス、ビーズワックスＡＢＳ  Ｎ  Ｇ、ビーズワックスアブソルート、ベンゾインレジノイドシアム、ベンゾインレジノイドシアム５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ベンゾインレジノイドシアム  ５０  ＰＣＴ  ＰＧ，ベンゾインレジノイドシアム  ７０．５  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ブラックカラントブッド  ＡＢＳ  ６５  ＰＣＴ  ＰＧ、ブラックカラントブッド  ＡＢＳ  ＭＤ  ３７  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ブラックカラントブッド  ＡＢＳ  ミグリオール、ブラックカラントブッドアブソルートバーガンディ、ボアドローズオイル、ブランアブソルート、ブランレジノイド、ブルームアブソルートイタリー、カルダモングアテマラＣＯ２エキストラクト、カルダモンオイルグアテマラ、カルダモノイルインディア、キャロットハート、キャシーアブソルートエジプト、キャシーアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＩＰＭ、キャストレウム  ＡＢＳ  ９０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、キャストレウム  ＡＢＳ  Ｃ  ５��  ＰＣＴ  ミグリオール、キャストレウム  アブソルート、キャストレウムレジノイド、キャストレウムレジノイド  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、セドロールセドレン、セドラスアトランティカオイルレジスト、カモミールオイルロマン、カモミールオイルワイルド、カモミールオイルワイルドロウリモネン（ＣＨＡＭＯＭＩＬＥ  ＯＩＬ  ＷＩＬＤ  ＬＯＷ  ＬＩＭＯＮＥＮＥ）、シナモンバークオイルセイロン、シストアブソルート、シストアブソルートカラーレス、シトロネラオイルアジアアイロンフリー、シベット  ＡＢＳ  ７５  ＰＣＴ  ＰＧ、シベットアブソルート、シベットティンクチュア  １０  ＰＣＴ、クラリセージ  ＡＢＳ  フレンチ  デコル（ＤＥＣＯＬ）、クラリセージアブソルートフレンチ、クラリセージ  シーレス（Ｃ’ＬＥＳＳ）  ５０  ＰＣＴ  ＰＧ、クラリセージオイルフレンチ、コパイババルサム、コパイババルサムオイル、コリアンダーシードオイル、シプレスオイル、シプレスオイルオーガニック、ダバナオイル、ガルバノール、ガルバナムアブソルートカラーレス、ガルバナムオイル、ガルバナムレジノイド、ガルバナムレジノイド  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ガルバナムレジノイドヘルコリンＢＨＴ、ガルバナムレジノイドＴＥＣ  ＢＨＴ、ゲンチアン（ＧＥＮＥＴＩＡＮＥ）アブソルート  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ゲンチアンコンクリート、ゲラニウム  ＡＢＳ  エジプト  ＭＤ、ゲラニウムアブソルートエジプト、ゲラニウムオイルチャイナ、ゲラニウムオイルエジプト、ジンジャーオイル６２４、ジンジャーオイル  精留可溶性（ＲＥＣＴＩＦＩＥＤ  ＳＯＬＵＢＬＥ）、グアヤクウッドハート、ヘイ  ＡＢＳ  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ヘイアブソルート、ヘイアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ヒーリングウッド、ヒソップオイルオーガニック、イモーテル  ＡＢＳ  ユーゴ  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、イモーテルアブソルートスペイン、イモーテルアブソルートユーゴ、ジャスミンＡＢＳインディアＭＤ、ジャスミンアブソルートエジプト、ジャスミンアブソルートインディア、ジャスミン（ＡＳＭＩＮ）アブソルートモロッコ、ジャスミンアブソルートサンバック、ジョンキルＡＢＳ  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ジョンキルアブソルートフランス、ジュニパーベリーオイルＦＬＧ、ジュニパーベリーオイル  精留可溶性、ラブダニウムレジノイド  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ラブダニウムレジノイド  ＢＢ、ラブダニウムレジノイド  ＭＤ、ラブダニウムレジノイド  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ラバンジンアブソルート  Ｈ、ラバンジンアブソルート  ＭＤ、ラバンジンオイル、アブリアルオーガニック、ラバンジンオイルグロッソオーガニック、ラバンジンオイルスーパー、ラベンダーアブソルート  Ｈ、ラベンダーアブソルート  ＭＤ、ラベンダーオイルクマリンフリー、ラベンダーオイルクマリンフリーオーガニック、ラベンダーオイルメイレットオーガニック、ラベンダーオイルＭＴ、メイスアブソルート  ＢＢ、モクレン花オイルローメチルオイゲノール、モクレン花オイル、モクレン花オイル  ＭＤ、モクレン葉オイル、マンダリンオイル  ＭＤ、マンダリンオイル  ＢＨＴ、マテアブソルート  ＢＢ、モスツリー（ＭＯＳＳ  ＴＲＥＥ）アブソルート  ＭＤ  ＴＥＸ  ＩＦＲＡ  ４３、モスオーク  ＡＢＳ  ＭＤ  ＴＥＣ  ＩＦＲＡ  ４３、モスオークアブソルート  ＩＦＲＡ  ４３、モスオークアブソルート  ＭＤ  ＩＰＭ  ＩＦＲＡ  ４３、ミルラレジノイド  ＢＢ、ミルラレジノイド  ＭＤ、ミルラレジノイドＴＥＣ、マートルオイルアイロンフリー、マートルオイルチュニジア精留、ナルシスＡＢＳ  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ナルシスアブソルートフレンチ、ネロリオイルチュニジア、ナツメグオイルテルペンレス、カーネーションアブソルート、オリバナムアブソルート、オリバナムレジノイド、オリバナムレジノイド  ＢＢ、オリバナムレジノイド  ＤＰＧ、オリバナムレジノイドエキストラ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、オリバナムレジノイド  ＭＤ、オリバナムレジノイド  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、オリバナムレジノイドＴＥＣ、オポポナックスレジノイド  ＴＥＣ、オレンジビガラーデオイル  ＭＤ  ＢＨＴ、オレンジビガラーデオイル  ＭＤ  ＳＣＦＣ、オレンジフラワーアブソルートチュニジア、オレンジフラワーウォーターアブソルートチュニジア、オレンジリーフアブソルート、オレンジリーフウォーターアブソルートチュニジア、オリスアブソルートイタリー、オリスコンクリート  １５  ＰＣＴ  イロン（ＩＲＯＮＥ）、オリスコンクリート  ８  ＰＣＴ  イロン、オリスナチュラル  １５  ＰＣＴ  イロン  ４０９５Ｃ、オリスナチュラル  ８  ＰＣＴ  イロン  ２９４２Ｃ、オリスレジノイド、オスマンサスアブソルート、オスマンサスアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、パチョリハートＮｏ３、パチョリオイルインドネシア、パチョリオイルインドネシアアイロンフリー、パチョリオイルインドネシア  ＭＤ、パチョリオイルレジスト、ペニーロイヤルハート、ペパーミントアブソルート  ＭＤ、プチグレインビガラードオイルチュニジア、プチグレインシトロニエオイル、プチグレインオイルパラグアイテルペンレス、プチグレインオイルテルペンレスＳＴＡＢ、ピメントベリーオイル、ピメントリーフオイル、ロジノールＥＸゲラニウムチャイナ、ローズＡＢＳブルガリアンローメチルオイゲノール、ローズＡＢＳモロッコローメチルオイゲノール、ローズＡＢＳターキッシュローメチルオイゲノール、ローズアブソルート、ローズアブソルートブルガリアン、ローズアブソルートダマスケナ、ローズアブ
ソルートＭＤ、ローズアブソルートモロッコ、ローズアブソルートターキッシュ、ローズオイルブルガリアン、ローズオイルダマスケナ低メチルオイゲノール、ローズオイルターキッシュ、ローズマリーオイルカンファーオーガニック、ローズマリーオイルチュニジア、ビャクダンオイルインディア、ビャクダンオイルインディア精留、サンタロール、シヌスモーレオイル、ＳＴジョンブレッドティンクチュア  １０  ＰＣＴ、スチラックスレジノイド、タジェットオイル、ティーツリーハート、トンカ豆  ＡＢＳ  ５０  ＰＣＴ  ソルベント、トンカ豆アブソルート、チュベローズアブソルートインディア、ベチバーハートエキストラ、ベチバーオイルハイチ、ベチバーオイルハイチ  ＭＤ、ベチバーイルジャワ、ベチバーオイルジャワＭＤ、バイオレットリーフアブソルートエジプト、バイオレットリーフアブソルートエジプトデコル、バイオレットリーフアブソルートフレンチ、バイオレットリーフアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ニガヨモギオイルテルペンレス、イランエキストラオイル、イランＩＩＩオイルおよびこれらの組合せが挙げられる。
【０１８１】
着色剤は、英国染料染色学会によるカラーインデックスに列挙されたものであってもよい。着色剤は、染料および顔料を含み、織物、ペイント、インクおよびインクジェット用インクを着色するために一般に用いられるものを含む。用いられ得る幾つかの着色剤としては、カロテノイド、アリーリドイエロー、ジアリーリドイエロー、β−ナフトール、ナフトール、ベンゾイミダゾロン、ジスアゾ濃縮顔料、ピラゾロン、ニッケルアゾイエロー、フタロシアニン、キナクリドン、ペリレンおよびペリノン、イソインドリノンおよびイソインドリン顔料、トリアリールカルボニウム顔料、ジケトピロロピロール顔料、チオインジゴイドが挙げられる。カロテノイドとしては、例えば、α−カロテン、β−カロテン、γ−カロテン、リコペン、ルテインおよびアスタキサンチンアナットーエキス、脱水ビート（ビート粉末）、カンタキサンチン、カラメル、β−アポ−８’−カロテナール、コチニールエキス、カーミン、銅クロロフィリンナトリウム、焼成し部分的に脱脂し蒸解した綿実粉（ｔｏａｓｔｅｄ  ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｄｅｆａｔｔｅｄ  ｃｏｏｋｅｄ  ｃｏｔｔｏｎｓｅｅｄ  ｆｌｏｕｒ）、グルコン酸第一鉄、乳酸第一鉄、ブドウ色エキス、ブドウ果皮エキス（エノシアニナ）、ニンジンオイル、パプリカ、パプリカオレオレジン、雲母系パールエッセンス顔料、リボフラビン、サフラン、二酸化チタン、トマトリコペンエキス、トマトリコペン濃縮物、ターメリック、ターメリックオレオレジン、ＦＤ＆Ｃ青色１号、ＦＤ＆Ｃ青色２号、ＦＤ＆Ｃ緑色３号、オレンジＢ、シトラスレッド２号、ＦＤ＆Ｃ赤色３号、ＦＤ＆Ｃ赤色４０号、ＦＤ＆Ｃ黄色５号、ＦＤ＆Ｃ黄色６号、アルミナ（乾燥水酸化アルミニウム）、炭酸カルシウム、銅クロロフィリンカリウムナトリウム（クロロフィリン−銅錯体）、ジヒドロキシアセトン、オキシ塩化ビスマス、フェロシアン化第二鉄アンモニウム、フェロシアン化第二鉄、水酸化クロムグリーン、酸化クロムグリーン、グアニン、パイロフィライト、タルク、アルミニウム粉末、ブロンズ粉末、銅粉末、酸化亜鉛、Ｄ＆Ｃ青色４号、Ｄ＆Ｃ緑色５号、Ｄ＆Ｃ緑色６号、Ｄ＆Ｃ緑色８号、Ｄ＆Ｃ橙色４号、Ｄ＆Ｃ橙色５号、Ｄ＆Ｃ橙色１０号、Ｄ＆Ｃ橙色１１号、ＦＤ＆Ｃ赤色４号、Ｄ＆Ｃ赤色６号、Ｄ＆Ｃ赤色７号、Ｄ＆Ｃ赤色１７号、Ｄ＆Ｃ赤色２１号、Ｄ＆Ｃ赤色２２号、Ｄ＆Ｃ赤色２７号、Ｄ＆Ｃ赤色２８号、Ｄ＆Ｃ赤色３０号、Ｄ＆Ｃ赤色３１号、Ｄ＆Ｃ赤色３３号、Ｄ＆Ｃ赤色３４号、Ｄ＆Ｃ赤色３６号、Ｄ＆Ｃ赤色３９号、Ｄ＆Ｃ紫色２号、Ｄ＆Ｃ黄色７号、Ｄ＆Ｃ黄色７号エキス、Ｄ＆Ｃ黄色８号、Ｄ＆Ｃ黄色１０号、Ｄ＆Ｃ黄色１１号、Ｄ＆Ｃ黒色２号、Ｄ＆Ｃ黒色３（３）号、Ｄ＆Ｃ茶色１号、Ｄ＆Ｃクロム−コバルト−酸化アルミニウムエキス、クエン酸鉄アンモニウム、ピロガロール、ログウッドエキス、１，４−ビス［（２−ヒドロキシ−エチル）アミノ］−９，１０−アントラセンジオンビス（２−プロパノイック）エステルコポリマー、１，４−ビス［（２−メチルフェニル）アミノ］−９，１０−アントラセンジオン、１，４−ビス［４−（２−メタクリルオキシエチル）  フェニルアミノ］アントラキノンコポリマー、カルバゾールバイオレット、クロ��フィリン−銅錯体、クロム−コバルト−酸化アルミニウム、Ｃ．Ｉ．  バットオレンジ  １、２−［［２，５−ジエトキシ−４−［（４−メチルフェニル）チオール］フェニル］アゾ］−１，３，５−ベンゼントリオール、１６，２３−ジヒドロジナフト［２，３−ａ：２’，３’−ｉ］ナフト［２’，３’：６，７］インドロ［２，３−ｃ］カルバゾール−５，１０，１５，１７，２２，２４−ヘキソン、Ｎ，Ｎ’−（９，１０−ジヒドロ−９，１０−ジオキソ−１，５−アントラセンジイル）ビスベンズアミド、７，１６−ジヒドロ−６，１５−ジヒドロ−５，９，１４，１８−アントラジンテトロン、１６，１７−ジメトキシジナフト（１，２，３−ｃｄ：３’，２’，１’−ｌｍ）  ペリレン−５，１０−ジオン、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリラート）−ダイコポリマー（３）、リアクティブブラック５、リアクティブブルー２１、リアクティブオレンジ７８、リアクティブイエロー１５、リアクティブブルー  １９、リアクティブブルー４、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１１、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー８６、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー１６３、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１８０、４−［（２，４−ジメチルフェニル）アゾ］−２，４−ジヒドロ−５−メチル−２−フェニル−  ３Ｈ−ピラゾ−３−オン（ソルベントイエロー１８）、６−エトキシ−２−（６−エトキシ−３−オキソベンゾ［ｂ］チエン−２（３Ｈ）−  イリデン）ベンゾ［ｂ］チオフェン−３（２Ｈ）−オン、フタロシアニングリーン、ビニルアルコール／メタクリル酸メチル−ダイ反応生成物、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１８０、Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック５、Ｃ．Ｉ．リアクティブオレンジ７８、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー１５、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー２１、１−アミノ−４−［［４−［（２−ブロモ−１−オキソアリル）アミノ］−２−スルホナトフェニル］アミノ］−９，１０−ジヒドロ−９，１０−ジオキソアントラセン−２−スルホン酸二ナトリウム（リアクティブブルー６９）、Ｄ＆Ｃ青色９号、［フタロシアニナト（２−）］銅およびこれらの混合物が挙げられる。
【０１８２】
実施例
糖化
直径３２インチ、高さ６４インチであり、ＡＳＭＥ皿形ヘッド（塔頂および塔底）を備えた円筒形タンクを、糖化に用いた。タンクは、１６インチ幅のハイドロホイール混合羽根も備えていた。タンクを包囲する半円形ジャケット内に高温水を流すことにより、熱を提供した。
【０１８３】
タンクに水２００ｋｇ、バイオマス８０ｋｇ、およびＤＥＵＴ（商標）セルラーゼ酵素１８ｋｇを充填した。バイオマスは、ハンマーミルされて４０〜１０メッシュのサイズにふるい分けされたトウモロコシの穂軸であった。バイオマスに電子ビームを総線量３５Ｍｒａｄまで照射した。混合物のｐＨは、糖化全体を通してＣａ（ＯＨ）２を用いて４．８に自動的に調整および維持した。この組合せを５３℃に加熱し、１８０ｒｐｍ（４６０Ｖで１．８Ａｍｐ）で約２４時間撹拌し、その後、糖化が完了したと判断した。
【０１８４】
この材料の一部を２０メッシュのふるいでふるい分けして、溶液を８ガロンのカーボイ中、４℃で貯蔵した。
【０１８５】
バイオマスにより生成されたエタノールおよびキシロース流れ
糖化材料  約４００ｍＬを、１Ｌ  Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  ＢｉｏＦｌｏｗ  １１５バイオリアクタ中にデカンテーションした。接種の前に、該材料を通気して、３０℃に加熱した。撹拌を５０ｒｐｍに設定した。ｐＨは、発酵に許容される５．２と測定されたため、調製しなかった。通気を中止して、バイオリアクタの内容物にＴＨＥＲＭＯＳＡＣＣ（登録商標）  Ｄｒｙ  Ｙｅａｓｔ（Ｌａｌｌｅｍａｎｄ，  Ｉｎｃ．）５ｍｇを接種した。発酵を、約２４時間進行させた。
【０１８６】
発酵の後、グルコース濃度が検出限界未満になり、エタノール濃度が約２５ｇ／Ｌになり、キシロース濃度が３０ｇ／Ｌになった。
【０１８７】
ＳＭＢによるエタノールおよびキシロースの精製
微粒子を除去するために発酵および透明化されたバイオマスの酵素的加水分解から得られたキシロース流れの精製を、擬似移動床式クロマトグラフィー（ＳＭＢ）を利用することにより実施した。システムを、キシロースの最大１００％回収率および供給物の色素の２０倍減少を実現するように最適化し、１．７６倍という低い希釈率でキシロース純度範囲が９４〜９７％となった。
【０１８８】
パルステストとして知られる単一カラム実験を実施することにより、ＳＭＢ条件の近似が完遂された。任意のカラムサイズに関する条件は、パルステストデータと、Ｓｅｍｂａ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓのウェブサイトから入手されるオンラインのＩｓｏｃｒａｔｉｃ  ＳＭＢ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｃａｌｃｕｌａｔｏｒと、を利用して推定することができる。
【０１８９】
擬似移動床式クロマトグラフィーユニット：Ｓｅｍｂａ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ  ＳＭＢユニット：流速０．０〜１００ｍｌ／分、コントロールモジュール、クロマトグラフィーモジュール、およびＳｅｍｂａＰｒｏソフトウエアアプリケーションが可能な４つのＯｃｔａｖｅ  １００ポンプを備えたＯｃｔａｖｅ  １００モデルのクロマトグラフィーシステム。
【０１９０】
クロマトグラフィーカラム：８つのＫｏｎｔｅｓブランドＣｈｒｏｍａｆｌｅｘジャケット付きカラム４２０８７０シリーズ（口径２．５ｃｍ、長さ３０ｃｍ、カラム容積１４７ｍｌ）を、システム内で使用した。
【０１９１】
固定相：Ｄｏｗｅｘ  Ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ  ９９  ＣＡ／３２０； 三菱化学  Ｄｉａｉｏｎ  ＵＢＫ５３５。
【０１９２】
移動相（脱着剤）:５ＭΩｃｍ以上の抵抗を有する脱イオン水。
【０１９３】
トウモロコシの穂軸（ＣＣ）または小麦のわら（ＷＳ）から得られた糖化バイオマスを発酵して、エタノールを蒸留させた後、主な成分としてキシロースを含有する加水分解混合物を生成した。加水分解物を遠心分離して、ｐＨを６〜７に調整した。加水分解物を、その後、研磨して、幾つかの例において０．２−ミクロン未満に濾過して濃縮し、４０％〜５０％の溶解固体を含む溶液を得た。その流れの中のキシロース濃度は、１６０〜２２５ｇ／Ｌの範囲内になり得る。その後、濃縮されたキシロース流れを、供給物流れとしてＳＭＢシステムに導入した。供給物流れの典型的な分析を、以下の表１に示す。脱イオン水を、溶離液流れと同時に導入した。
【０１９４】
クロマトグラフィーカラムおよびシステムを、６０℃に予備加熱した。供給材料を、周囲温度および一定流速でＳＭＢシステムに導入した。同時に溶離液を、６０℃および一定流速でＳＭＢシステムにポンプで送出した。
【０１９５】
キシロースは、抽出物（固定相により多く保持される）および抽残液中の未知の暗色副産物（移動相と共により急速に移動する）中に高濃度に存在した。抽出物（キシロースが高濃度の流れ）中のキシロース回収および抽残液（副産物流れ）中のキシロース損失に関してシステムの進行を追跡するために、抽出物および抽残液の試料を周期的に除去した。
【０１９６】
キシロース収率は、抽出物流れの％回収率として表すことができる。システムの効率は、供給物の処理能力および希釈に関して特徴づけられる。
【０１９７】
抽出物中のキシロース回収率を、以下の通り算出した：
（試料のキシロース濃度（ｇ／Ｌ）×抽出物の流速（ｍＬ／分））÷（供給物のキシロース濃度×供給物の流速（ｍＬ／分））
【０１９８】
抽残液の損失を以下の通り算出した：
（試料のキシロース濃度（ｇ／Ｌ）×抽残液の流速（ｍＬ／分））÷（供給物のキシロース濃度×供給物の流速（ｍＬ／分））
【０１９９】
システムが定常状態に達したら、抽出物へのキシロースの希釈率を以下の通り計算した：
抽出物試料のキシロース濃度（ｇ／Ｌ）÷供給物のキシロース濃度（ｇ／Ｌ）
【表２】
2019071887.tif 000004
【０２００】
ＳＭＢ精製の際に受けた任意の希釈が水を導入するが、それは最終的にはシステムから除去する必要がある。この余分の水は、非常に高価で高エネルギーの手順である蒸留により除去される必要がある。つまり供給物の希釈率が低ければ、下流に必要となるエネルギーが少なくなる。
【０２０１】
供給流れの比較的高度の希釈を初期に行う工程から、カラム条件を変更することにより、ＳＭＢ工程を操作および／または改良した。生成物流れ／供給物流れ比は、７．５から２．３に低下した。同様に廃液流れの量もまた、初期の廃液流れ／供給物比の７．２から改善された比１．２に低下した。
【０２０２】
バイオマスにより生成されたＬ−乳酸およびキシロース流れ
先に記載されたものと類似のステップを利用して生成された糖化バイオマスを、Ｌ−乳酸キシロース流れを生成する糖供給源として用いた。
【０２０３】
グルコースをＬ−乳酸に発酵する生物体ラクトバチルス・ラムノサス  ＮＲＲＬ  Ｂ−４４５は、ＭＲＳ培地（ＢＤ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｎｏ．：  ２８８１３０）２５ｍＬ中で凍結保存物２５０μＬから増殖させた。培養物を３７℃および１５０〜２００ｒｐｍの振とうインキュベータで一晩インキュベートした。
【０２０４】
乳酸を生成する発酵を、加熱マントル、撹拌羽根、ｐＨモニタリング用プローブおよび温度モニタリング用熱電対を備えたバイオリアクタで実施した。
【０２０５】
実験用の生成培地は、糖化バイオマス  １１Ｌ、酵母抽出物２２ｇ、消泡剤ＡＦＥ−００１０  １．６ｍＬ、および６％ＣａＣＯ３を用いた。培地を１時間かけて７０℃に加熱し、その後３７℃に冷却した。その後、培地に１％（１１０ｍＬ）のラクトバチルス・ラムノサスを接種した。溶液を２００ｒｐｍで撹拌しながら、３７℃で発酵を進行させた。グルコースは、４８時間で完全に消費された。
【０２０６】
発酵に続いて、未精製の発酵生成物８Ｌを９０℃で３０〜４５分間加熱し、その後、室温まで冷却した。濃硫酸を用い、ｐＨをモニタリングするためのｐＨ試験紙を利用して、冷却された混合物をｐＨ１．５〜２に酸性化した。混合物を室温で２時間撹拌し、その間に沈殿物（例えば、硫酸カルシウムを含む）が形成した。
【０２０７】
懸濁液を３４００ｒｐｍで２５分間遠心分離し、上清を０．２２μｍフィルターで濾過して、濾液５．５Ｌを回収した。濾液の試料を、分析用に回収した。
【０２０８】
濾液を、次に、酸性形態の強酸性陽イオン交換樹脂  三菱化学Ｄｉａｉｏｎ  ＰＫ２２８  ２．７Ｌを含むカラムに、１時間あたり１カラム容積（ＢＶ／時間）の流速で浸透させた。溶離液の最初の１リットルは、廃棄した。残りの溶離液は、回収した。濾液を添加した後、水２リットルをカラムに添加し、これらも回収して溶離液と混和し、ひとまとめにした溶離液６．５Ｌを提供した。ひとまとめにした溶離液を、分析用に取り出した。
【０２０９】
ひとまとめにした溶離液を、次にロータリーエバポレータを用いて濃縮して、濃縮液１．２Ｌを提供した。試料を分析用に回収した。
【０２１０】
高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いて、Ｌ−乳酸、キシロースおよび酢酸濃度を分析した。誘導結合プラズマ発酵分光分析法（ＩＣＰ−ＯＥＳ）を用いて、硫黄、鉄、ナトリウム、カルシウムおよびマグネシウムの濃度を分析した。分析データを、表２に報告している。
【表３】
2019071887.tif 000005
【０２１１】
ＳＭＢを用いたＬ−乳酸およびキシロース流れの精製
乳酸：キシロース混合物からの乳酸およびキシロースの分離を、本明細書に記載された擬似移動床式クロマトグラフィー（ＳＭＢ）を利用して実施した。
【０２１２】
設備および分析法
擬似移動床式クロマトグラフィーユニット：Ｓｅｍｂａ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ  ＳＭＢユニット：流速０．０〜１００ｍｌ／分、コントロールモジュール、クロマトグラフィーモジュール、およびＳｅｍｂａＰｒｏソフトウエアアプリケーションが可能な４つのＯｃｔａｖｅ  １００ポンプを備えたＯｃｔａｖｅ  １００モデルのクロマトグラフィーシステム。
【０２１３】
クロマトグラフィーカラム：８つのＫｏｎｔｅｓブランドＣｈｒｏｍａｆｌｅｘジャケット付きカラム４２０８７０シリーズ（口径２．５ｃｍ、長さ３０ｃｍ、カラム容積１４７ｍｌ）を、システム内で使用した。
【０２１４】
固定相：三菱化学ダイヤイオンＵＢＫ５５０。
【０２１５】
移動相（脱着剤）:ＡＣＳ等級硫酸（９８％ｗ／ｗ）および５ＭΩｃｍ以上の抵抗を有する脱イオン水で調製された５ｍＭ硫酸。
【０２１６】
抽出物中の乳酸分離効率は、高速液体クロマトグラフィーを利用して測定することができる。クロマトグラムピーク面積分析を利用して、％効率を以下の通り算出し、表した。
【０２１７】
１−（キシロースのクロマトグラムピーク面積（吸収単位）÷（乳酸のクロマトグラムピーク面積（吸収単位）＋乳酸二量体のクロマトグラムピーク面積（吸収単位）））
【０２１８】
抽出物中の乳酸の濃度は、適切な外部標準試料を参照する標準的な高速液体クロマトグラフィー分析法を利用して測定し、ｇＬ−１で表している。
【０２１９】
抽残液中のキシロース分離効率は、高速液体クロマトグラフィーを利用して測定した。クロマトグラムピーク面積分析を利用して、％効率を以下の通り算出し、表した：
【０２２０】
１−（（乳酸のクロマトグラムピーク面積（吸収単位）＋乳酸二量体のクロマトグラムピーク面積（吸収単位））÷キシロースのクロマトグラムピーク面積（吸収単位））
【０２２１】
抽残液中のキシロースの濃度は、適切な外部標準試料を参照する標準的な高速液体クロマトグラフィー分析法を利用して測定し、ｇＬ−１で表している。
【０２２２】
抽残壁への損失を、以下の通り計算した：
（試料の乳酸濃度（ｇＬ−１））×抽残液の流速（ｍＬ分−１））÷（（供給物の乳酸濃度×供給物の流速（ｍＬ分−１））
【０２２３】
システムが定常状態に達したら、抽出物中の乳酸の希釈率を以下の通り算出した：
抽出物試料の乳酸濃度（ｇＬ−１）÷供給物の乳酸濃度（ｇＬ−１）
【０２２４】
システムが定常状態に達したら、抽残液中のキシロースの希釈率を以下の通り算出した：
抽残液試料のキシロース濃度（ｇＬ−１）÷供給物のキシロース濃度（ｇＬ−１）
【０２２５】
モデル化合物試験
ＦＣＣ等級の乳酸とＦＣＣ等級のキシロースとのモデル混合物を、乳酸とキシロースとの混合物から得られた発酵の代表的な比率および濃度で調製した。これらのモデル混合物を利用して、標準的な多変量解析を用いた設計空間を探求し、ＳＭＢ操作条件を決定した。
【０２２６】
クロマトグラフィーカラムは、実験の間、周囲温度（２４〜２８℃）に保持した。供給材料および脱着剤を、同時に一定流速でシステムに導入した。
【０２２７】
乳酸は、抽出物中に高濃度に存在し（固定相により多く保持され）、そしてキシロースは抽残液中に高濃度で存在した（固定相により少なく保持された）。性能、例えば分離効率をモニタリングするために、抽出物（乳酸が高濃度の流れ）および抽残液（副産物流れ）の試料を周期的に除去した。
【０２２８】
操作条件は、キシロースまたは乳酸（例えば、最大１００％）の任意の個々の分離効率、または最大９６％のキシロースおよび乳酸の同時分離効率を実現するために見出した。乳酸排出物の希釈は、操作目的に応じて１．９９倍〜２３３．８３倍の任意のレベルで選択することができる。
【０２２９】
発酵により得られたキシロースおよび乳酸の分離
乳酸とキシロースとの混合物を生成する糖化材料の発酵から得られた濃縮物を、混合物中のキシロースと乳酸の分離のためにＳＭＢに供した。
【０２３０】
複数の実験から、複数の実験から、そのような混合物中の乳酸濃度が約１３５〜３００ｇＬ−１の範囲内であり、キシロース濃度が約７７〜２３０ｇＬ−の範囲内であり、この混合物中の乳酸対キシロース比が１：０．５５〜１：０．８８の範囲内であることが示された。
【０２３１】
濃縮物からの乳酸／キシロース混合物流れを、供給物流れとしてＳＭＢシステムに導入し、同時に５ｍＭ硫酸を脱着剤流れとして導入した。実験の結果を、表３に列挙する。
【表４】
2019071887.tif 000006
【０２３２】
抽出物から得られたキシロースを濃縮して、例えばシロップ、またはさらには乾燥形態のキシロースなどの濃縮物を提供することができる。抽出物流れから得られた乳酸を濃縮し、その後、第二の連続的ＳＭＢ処理に供して、後期に流れる、例えばより極性の、不純物を除去することができる。これに続いて、排出される乳酸溶液の更なる濃度が必要となる可能性がある。
【０２３３】
最終的な濃縮が完遂されたら、残留する硫酸から乳酸を分離するために、直交精製技術を適用することができる。適切な直交技術の例としては、反応蒸留（例えば、メタノールの存在下で蒸留してより揮発性のメチルエステルを生成すること）、溶媒間抽出、および連続的な誘導体化−単離−加水分解が挙げられる。
【０２３４】
本明細書の実施例以外で、または他に明記されなければ、本明細書の以下の部分および添付の特許請求の範囲における材料、元素、量、反応時間および温度、量の比などの数値範囲、量、値およびパーセント値の全ては、用語「約」が値、量、または範囲と共に明確に表れ得ないとしても、言語「約」によって始まると読み取ることができる。したがって反することが示されない限り、以下の明細書および特許請求の範囲に示された数値パラメータは、本発明により得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。最低限でも、そして特許請求の範囲と同様の原則の適用を限定する試みではなく、各数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数を考慮して、通常の端数処理法を利用することにより、解釈されなければならない。
【０２３５】
本発明の広範囲に示された数値範囲およびパラメータは近似であるが、具体的実施例に示された数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしな  がら、いずれの数値も、基礎をなす各検査測定に見出された標準偏差から必然的に生じた誤差を本質的に含有する。さらに数値範囲が、本明細書に示されている場合、これらの範囲は、引用された範囲の終了点を含む（例えば、終了点が用いられてもよい）。重量パーセントが、本明細書に用いられている場合、報告された数値は、全重量に対するものである。
【０２３６】
同じく、本明細書に引用された任意の数値範囲はそこに包含される部分範囲の全てを含むことが理解されなければならない。例えば「１〜１０」の範囲は、引用された最小値１と引用された最大値１０の間の（そしてそれらを含み）部分範囲全てを含み、即ち１と等しいまたは１よりも大きな最小値と、１０と等しいまたは１０よりも小さい最大値を有するものとする。本明細書で用いられる用語「ｏｎｅ」、「ａ」、または「ａｎ」は、他に断りがなければ、「少なくとも１」、または「１以上」を含むものとする。
【０２３７】
本明細書で参照により組み入れられると述べられた任意の特許、特許公開、または他の開示材料の全体または一部は、組み入れられた材料が既存の定義、表明、また本開示に示された他の開示材料と矛盾しない程度にのみ、本明細書に組み入れられる。そのため必要な程度にまで、本明細書に明白に示された開示は、参照により本明細書に組み入れられた任意の矛盾材料にとって代わる。参照により本明細書に組み入れられると述べられていながら、本明細書に示された既存の定義、表面、または他の開示材料と矛盾する任意の材料またはその一部は、組み入れられた材料と既存の開示材料の間で矛盾が生じない程度のみ組み入れられる。
【０２３８】
本発明は、好ましい実施形態を参照して具体的に図示および記載されたが、添付の特許請求の範囲に包含される発明の範囲を逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更を施し得ることは、当業者に理解されよう。
【０２３９】
付録
【表５】
2019071887.tif 000007
【表６】
2019071887.tif 000008
【表７】
2019071887.tif 000009
【表８】
2019071887.tif 000010
【０２４０】
Ｄｏｗ  Ｗａｔｅｒ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ 
ＤＯＷＥＸ（商標）  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）
イオン交換樹脂
ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥイオン交換樹脂を用いたフルクトースおよびグルコースのクロマトグラフィー分離 
技術マニュアル
【０２４１】
ＤＯＷＥＸ（商標）ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）樹脂を用いたフルクトースおよびグルコースのクロマトグラフィー分離
目次                                                      ページ
トウモロコシ甘味料の加工・・・・・・・・・・・・・・・・・・３
緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４
クロマトグラフィー分離の必要性・・・・・・・・・・・・・４
クロマトグラフィー分離用のＤＯＷ樹脂製品・・・・・・・・４
クロマトグラフィー分離の原理・・・・・・・・・・・・・・・・４
クロマトグラフィーのメカニズム・・・・・・・・・・・・・４
樹脂粒径の効果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５
樹脂架橋の効果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６
エンジニアリングのメカニズム・・・・・・・・・・・・・・６
擬似移動床式分離機の操作・・・・・・・・・・・・・・・・６
均一性の必要性−流動および樹脂・・・・・・・・・・・・・７
操作コスト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７
長期および短期性能の維持・・・・・・・・・・・・・・・・・・８
分離機の調整・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８
性能の低下・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８
長期の樹脂保護・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８
ＨＭＦおよび微生物増殖の制御・・・・・・・・・・・・・・・・９
ＨＭＦの制御・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・９
微生物増殖の制御・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・９
樹脂の特性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・９
表
表１．ＤＯＷＥＸ（商標）ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）９９Ｃａ／３２０分離樹脂の典型的な粒度分布（ＨＩＡＣ）・・・・・・・・・・・・・・・・５
表２．ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９Ｃａ／３２０分離樹脂の典型的な樹脂特性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・９
表３．ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９Ｃａ／３２０分離樹脂の典型的な操作条件・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０
図
図１．ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９クロマトグラフィー分離樹脂
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５
図２．ＨＦＣＳの濃縮・・・・・・・・・・・・・・・・・・６
図３．擬似移動床システムでのクロマトグラフィー分離・・・７
図４．ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９Ｃａ／３２０樹脂での圧力降下
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０
図５．ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９Ｃａ／３２０樹脂の逆洗膨張
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０
【０２４２】
トウモロコシ甘味料の加工
【表９】
2019071887.tif 000011
【０２４３】
緒言 
クロマトグラフィー分離の必要性
現行の酵素異性化技術を用いれば、グルコースからフルクトースへの変換は、経済的には乾重量基準で４２〜４６％のフルクトースに限定される。５５％フルクトースの高フルクトースコーンシロップ（ＨＦＣＳ）を生成するために、４２％シロップを、高純度のフルクトース流れと高純度のグルコース流れとに分離する。高フルクトースのカット（ｃｕｔ）を更に別の４２％シロップとブレンドすれば、飲料ボトラー用の甘味料として適した５５％ＨＦＣＳ製品になる。クロマトグラフィー分離を利用すれば、フルクトース濃度を容易に９０％を超えて増加させることができる。ＤＯＷＥＸ（商標）ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）９９シリーズの均一粒径の樹脂が、この工程で用いられる。
【０２４４】
クロマトグラフィー分離用のＤＯＷ樹脂製品
ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９  Ｃａ分離樹脂は、それ自体が効率的で経済的なフルクトース濃縮用の業界標準として確立されている。３種類の標準的粒子径があり、その選択は、粒子分離機の圧力降下の制約に依存する。公称サイズ（体積中位径）は、３１０、３２０および３５０ミクロンである。
【０２４５】
これらの製品は、ロット間で極めて一定しており、業界内の最も厳しい仕様に製造されている。粒度分布は、極めて狭い（表１）。大きなビーズがなければ、成分のプロファイルのスミアリングが最小限に抑えられる。小さなビーズがなければ、操作圧力の降下が最小限に抑えられる。
【０２４６】
特性、仕様、価格または入手可能性に関しては、Ｄｏｗ製品販売員に連絡されたい。
【０２４７】
クロマトグラフィー分離の基本原理
クロマトグラフィーのメカニズム 
脱灰で用いられるＤＯＷＥＸ（商標）樹脂のマクロポア構造とは異なり、ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（商標）９９分離樹脂は、滑らかで均一な表面を有するゲルビーズである（図１）。マクロポア樹脂は不透明であるが、ゲル樹脂は半透明である。クロマトグラフィー分離樹脂は、官能化されており、ビーズは、かなりの量の水を含む。カラムの区分を通過すると、分離される糖が、ビーズ内に含まれる水に溶解する。ビーズ内では、溶解された糖が、樹脂により保持されたカルシウムイオンと相互作用する。フルクトース、グルコースおよび水が、カルシウムイオンと弱い配位子錯体を形成する。フルクトース／カルシウムイオン錯体中の、グルコース／カルシウムイオン錯体中よりも強い相互作用は、フルクトースをグルコースと分離するメカニズムに基づく１。この分離メカニズムは、配位子交換クロマトグラフィーと称される。
【０２４８】
グルコース／フルクトース分離のためのＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９樹脂は、カルシウム形で使用される。他の分離のための類似の樹脂は、他のイオン形で入手される。
【０２４９】
ＤＰ２、ＤＰ３、ＤＰ４およびより大きなオリゴ糖類などの大きな分子は、ゲル樹脂中に見出されるポリマー鎖の間の非常に小さな開口部の幾つかには物理的に適合できない。大きな分子の幾つかを固定カラム内捕捉されるのを防止することにより大きな分子と小さな分子を分離するメカニズムは、サイズ排除クロマトグラフィーと称される。サイズ排除クロマトグラフィーは、フルクトースの精製において、配位子交換クロマトグラフィーと同時に行われる。シロップ中の多糖類は、樹脂ビーズの外側に固定され、カラムを一定して降下している。その結果、その多糖類は、最初にカラムまたはカラム区分を出る。この因子は、フルクトースを精製する上では二次的な重要物に過ぎないが、ナトリウムまたはカリウム形のクロマトグラフィー分離樹脂は、望ましくないオリゴ糖類（高分子量の糖）をデキストロースから除去して、高純度（＞９９％）デキストロースを生成するため、または二糖類からより高分子量の糖類を除去するために用いることができる。
【０２５０】
１  クロマトグラフィー分離樹脂は、脱灰および混床研磨に用いられる樹脂ほどイオンを「交換」しない。それらは、カラムを降下するとフルクトースを吸着および「緩徐化」することにより機能する。シロップは、該工程においてイオンを交換しない。
【表１０】
2019071887.tif 000012
【０２５１】
【表１１】
2019071887.tif 000013
脱灰で用いられるＤＯＷＥＸ（商標）樹脂のマクロポア構造とは異なり、ＤＯＷＥＸ  ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ  ９９分離樹脂は、滑らかな微孔性構造を有するゲル樹脂である。ゲル樹脂は、イオンを交換するというよりむしろシロップ流れの成分への選択的親和力によりクロマトグラフィー分離を実施する。
【０２５２】
樹脂粒径の効果
クロマトグラフィー分離は、速度制御的かつ速度限定的工程での拡散である。緩徐な拡散速度（大きなビーズサイズまたは高架橋の樹脂）は、広く低いクロマトグラフィーピークを生じる。工程の条件において、生成物カットは、低い純度および低い濃度であり、回収率は低く、水使用率は高い。クロマトグラフィー工程の効率は、より小さなサイズのビーズを使用することにより上昇する。拡散経路が短くなると、より鋭利なピークになる。鋭利なピークになるほど、高い回収率、高い純度および／または低い溶離水使用になる。
【０２５３】
小さなサイズの分離樹脂を使用する際のトレードオフは、高い圧力降下である。圧力降下は、粒子径の二乗に反比例するため、この作用は、粒度分布の小さな先端にあるビーズでは特に顕著になる。最適な結果は、非常に均一な粒度分布の分離樹脂を使用することにより所与のシステムで得られ、つまり許容され得るほど小さく、許容され得る圧力降下限界を超えない。
【０２５４】
樹脂架橋の効果
低架橋の樹脂（高い保水能）は、急速な拡散速度を有する。小規模クロマトグラフィー分離試験では、高保水樹脂が、良好に作用し得る。しかし、高保水能を有する分離樹脂を使用することにより急速な速度が実現され得るが、高い水吸収性樹脂は、樹脂の平衡能力が低く、操作圧力降下が大きいため、高い生成能力をもたらさない。このタイプの樹脂は、より困難な分離に適し得るが、ＨＦＣＳ５５を生成するほど堅牢ではない。
【０２５５】
エンジニアリングのメカニズム 
水に溶解されたグルコースとフルクトースの混合物を、カルシウム形のゲル樹脂を充填された固定床に送出される場合、樹脂ビーズ上でカルシウムにより強く誘引されるフルクトースは、ビーズの内側でより長時間の間、固定された状態になる。グルコースは、分離樹脂ビーズ間の空隙の中の液体流動の流れにおいては、弱く誘引されるため、ビーズの外側により長時間置かれる。正味の結果は、グルコースがフルクトースよりも急速に樹脂ビーズを降下するということになる（平均で）。
【０２５６】
液体流れが、総溶解固体（ＴＤＳ）のピークよりも早期にカラムから排出されるか、またはＴＤＳのピークよりもカラムを大きく降下すれば、その流れは、供給物と比較してグルコース濃度が高くなる（図２）。ＴＤＳのピークよりも遅く除去される流れ、またはカラムのより高位に存在する流れは、フルクトース濃度が高い。単一カラムの樹脂をこの方法で用いて、４２の流れからフルクトースを精製または濃縮することができる。より一般的には該工程は、擬似移動床（ＳＭＢ）の原理で操作する連続設備で実施される。
【０２５７】
【表１２】
2019071887.tif 000014
【０２５８】
擬似移動床式分離機の操作
運転中は、４２％フルクトースシロップが、樹脂を含むカラムまたはカラムセットに添加される（図３）。シロップの流れがカラムを降下する時、フルクトースはグルコースよりも緩徐に移動する（平均で）。これにより、カラム内の各成分がより高い純度の分離したバンドになる。各成分がカラムを降下して精製されたフルクトース（抽出物または生成物とも称される）およびグルコース＋オリゴ糖類（抽残液または副産物とも称される）の流れを制御して一連の出口から排出されると、正確なコンピュータ操作によりこれらのバンドを検出する。同時に溶離水および更なる供給物ストックが、この連続工程に必要となる様々な時点でカラムに導入されている。工程内の再循環流を利用して、バンドプロファイルを進行させる。所定の間隔で、流れを投入および排出するバルブが下流に移動させて、分離機内の確立された成分のプロファイルと歩調を合わせる。
【０２５９】
抽残液は、典型的には工程に戻されて再度異性化される。ＨＦＣＳ  ５５の生成では、高純度（８０〜９０％）のフルクトースが、４２〜４５％フルクトースとブレンドされる。
【０２６０】
【表１３】
2019071887.tif 000015
【０２６１】
この簡略化された図式は、トウモロコシ甘味料製品中で一般に用いられる擬似移動床の操作を表す。樹脂ビーズを充填されたループ（先の唯一の箱で表され、区分の間の分割体を備えた単一カラムからなり得るか、またはループにつながれた複数のカラムになり得る）は、複数の入口および出口を有する。供給物ストック（４２％フルクトース）は、高性能のコンピュータ制御システムにより誘導される様々な入口に連続的に添加される。同時に、シロップがカラムループを移動した結果として、高純度フルクトース（７５〜９５％）および高濃度グルコース（抽残液）が高純度のゾーンから排出される。
【０２６２】
均一性の必要性−流動および樹脂
ＳＭＢ分離機において、生成物カットは、供給口に関する位置に基づいて採取される。生成物カットは、その時に分離機内の特定の場所にある分離プロファイルに依存するため、一定した流速制御が不可欠である。工程の流量メータのキャリブレーションが、極めて重要となる。水圧バランスが、少なくとも週に一度チェックされなければならない（入口流量の合計が、出口流量の合計と等しくなければならない）。抽出物および抽残液のカットが正確な時間に採取されるよう、区分間の均一性もまた重要である。区分均一性は、複数の様相を有する。各区分の樹脂レベルが、同一でなければならない。各区分は、同じ体積を有さなければならない（できればパイプを連結させるなど）。各区分の樹脂が、同じ特性を有していなければならない。
【０２６３】
区分間の樹脂均一性は、重要である。複数の異なる樹脂を、検査室テストで十分に試験することができるが、ＳＭＢ分離機内に設置される特に同時に実施するのでは不十分である。各区分の樹脂均一性を確実にする２つの方法は、分離機に充填する前に樹脂のロット全てを同時に徹底して混合すること、または用いられる分離樹脂の化学的および物理的特性の全てに関して非常に狭い許容範囲を有することである。
【０２６４】
操作コスト 
分離機の操作にかかる主な可変的コストは、生成物カットの水分を蒸発させて所望の％総溶解固体（％ＴＤＳ）にするためのコストである。分離機が新しい場合には、所有者は、分離機の単位体積あたりに生成される５５％フルクトースの能力に関する操作性能と、５５％フルクトースの乾量１ポンドあたりに用いられる水の量を記録することが推奨される。これらの数値は、分離機の操作効率を比較する基準を与える。必要なほど水を蒸発させる年間コストを計算されたい。回収率および純度が少し上昇すれば、蒸発コストの非常に大幅な節約が得られる。非経済的操作における最も一般的な問題は、実現され得る水分量に対応する、蒸発される余分な水の量が分からないことである。
【０２６５】
長期および短期性能のメンテナンス 
分離機の調整
擬似移動床式分離機は、複雑である。非常に多くの変数が存在する。著しい問題が存在しない限りほとんどのオペレータが変更を行わないというのは、意外なことではない。操作パラメータによる小さな不均衡から最適値を極わずかに外れると、大きな性能欠陥を誘発する可能性がある。注意深く適正に調整することで、最適な性能を維持し、ＨＦＣＳ−５５の製造コストを最小限に抑えることができる。
【０２６６】
性能の低下 
ほとんどの短期性能の低下は、ハードウエアまたは操作パラメータに関係する。わずかに外れて操作の問題を誘発し得る事柄は、多く存在する。
【０２６７】
分離効率は、
１．コンピュータ制御された操作／モニタリングデバイスを正確かつ精密に操作すること、
２．分離機の制御パラメータを最適に調整すること、
３．流量メータの全ての精密なキャリブレーションおよび流量制御ループの調整、
により向上する。
【０２６８】
分離効率は、
１．供給物の流量分布が不十分で逆混合を誘発すること、
２．システムの空隙体積（デッドボリューム）が大きく逆混合および生成物希釈を誘発すること、
３．特にステップ時間に関して、操作パラメータが不十分であること、
４．酸化攻撃により誘発される樹脂の経時変化、
５．低い樹脂レベル、
６．変動し得る流速、
により低下する。
【０２６９】
長期の樹脂保護 
２つの重要な因子が、クロマトグラフィーの充填物として樹脂を用いるクロマトグラフィー分離の化学的性質を左右する。第一に樹脂は、正しいイオン形でなければならない。フルクトースの精製の場合、樹脂は、カルシウム形でなければならない。第二に、樹脂が新しい時に得られる良好な分離性能を保持するために、樹脂は、早期の経時変化が防御されなければならない。経時変化の主なメカニズムは、酸化である。酸素は、フリーラジカル鎖メカニズムにより、樹脂のバックボーンを構成する有機ポリマー鎖を含む有機化合物を攻撃する。最終的には、鎖を分裂または切断させる。ビーズを互いに保持する連結が少ないほど、樹脂は多くの水を吸収し、サイズを膨張させる。サイズを増大させる工程および保水能（ＷＲＣ）を増大させる工程は解架橋と呼ばれるが、それは、樹脂が本来通り加工されたものよりも低い架橋レベルを有した場合に、樹脂の物理的性質がそのように見えるためである。これまで議論された通り、樹脂のＷＲＣおよ樹脂の粒径は、分離工程の性能に対して非常に大きな影響を及ぼす。
【０２７０】
分離樹脂の性能の保持は、先の２つの重要な因子を理解すること、および反応に偶発的事故を生じるのを防ぐことに依存する。カルシウム形の樹脂を保持するために：
１．ｐＨを適正な範囲に保持して、分離機供給物中の鉄および他の金属を最小限に抑える。分離樹脂を４．０〜４．５のｐＨに制御する。低ｐＨでは、Ｈ＋が、樹脂のＣａ＋＋と置き換わる可能性がある。樹脂上の水素イオンは、５−ヒドロキシメチル−２−フルフラル（ＨＭＦ）の形成も触媒することができ、樹脂の解架橋反応への感受性を増大させることができる。高いｐＨでは、分離システム内の高温が、フルクトース分解および副産物の形成を誘発する。
２．鉄（Ｆｅ）および別の金属レベルを最小値に保持する。脱灰が不十分な分離機供給物は、ナトリウム、マグネシウムおよび鉄を含む可能性がある。ナトリウム、マグネシウム、鉄および他の金属は、カルシウムと置き換わって、分離樹脂の分離能を低下させる可能性がありる。Ｆｅは、樹脂の解架橋を触媒し得る。分離機への供給物において低い灰レベルを保持する。樹脂が分析されて、水素または金属イオンが樹脂のカルシウムと置き換わっていることが実証され得る場合には、樹脂の再石灰化が非常に有益になり得る。しかしカルシウムイオン以外のイオンが存在することが分からない限り、「再石灰化」は、樹脂の逆洗によるほど樹脂の性能を改善しない可能性がある。
【０２７１】
分離機の長期性能の低下は、通常、先に記載された通り樹脂の酸化により誘発される。樹脂の寿命を最長にするために、溶解酸素を０．５ｐｐｍ未満、好ましくは０．１ｐｐｍ未満に制御する。酸素は、解架橋を防ぐために制御され得る一因子である。解架橋は、分離樹脂の寿命を著しく短縮し得る。高い酸素レベルでは、分離樹脂は６ヶ月というの短期間のうちに破壊された。溶解酸素が０．１ｐｐｍ未満に保持されていれば、樹脂は、７ヶ月以上持続し得る。樹脂は、依然として機能し続けることができるが、解架橋が樹脂の保水能（ＷＲＣ）を６３％まで、またはそれを超えるほど増加させた場合には（ＷＲＣは、水素形に変換された後に測定される）、高い操作コストを生じる可能性がある。
【０２７２】
ＨＭＦおよび微生物増殖の制御
ＨＭＦの制御 
コーンシロップ中で見出される多くのＵＶ吸収物質の１つが、５−ヒドロキシメチル−２−フルフラルまたはＨＭＦ（５−ヒドロキシメチル−２−フランカルボキシアルデヒドとしても公知）である。それは、シロップが高温色素（ｈｉｇｈ  ｈｅａｔ  ｃｏｌｏｒ）を有し得る場合に示す色素前駆体または色素マーカであると考えられる。ＨＭＦは、フルクトースの酸性脱水から生成される。その形成は、高温および低ｐＨにより促進される。それは、メイラード反応の経路の１つを含む反応を介して、生成することもできる。ＨＭＦは、クロマトグラフィー分離機を正常に操作する際に生成される。分離機内の温度が高い、フルクトースが高濃度で存在する、ｐＨが中性未満である、そして分離機の平均保持時間が長い、というＨＭＦ形成の条件が、各クロマトグラフィー分離機に存在する。正常な工程条件下で分離機内および分離機外のＨＭＦレベルを測定することが、工程が混乱した時のトラブル解決の支援となり得る。ｐＨを分離機に向けて制御することは、分離機内のＨＭＦ形成を防ぐために特に重要である。
【０２７３】
微生物増殖の制御 
分離機は通常、粘度および圧力を低く保つため、そしてそれ以上に重要なこととして微生物の増殖を最小に保つために、１４０°Ｆ（６０℃）以上に保持される。分離機カラム内のＴＤＳ濃度は、時間およびカラムの位置により異なる。温度が高く保たれていなければ、微生物増殖が急速になり得る時間および低ＴＤＳエリアが存在するであろう。短期間の停止の場合、高温により微生物増殖を阻害する。停止が１２時間を超える場合、分離機は、甘味成分を徹底して排除する必要がある。加えて、長期間運転していない分離機樹脂内での微生物増殖を防ぐために、幾つかの化学物質の添加が必要となる場合がある。 
【０２７４】
樹脂の特性 
【表１４】
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【表１５】
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【０２７５】
【表１６】
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【０２７６】
【表１７】
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この逆洗による膨張曲線は、所与の温度および流速でのベッド膨張の測定を支援するために提供している。温度の低い水ほど、所与のポンプ速度で分離床内の樹脂をより大きく膨張させる。最初の使用前に、新しいクロマトグラフィー分離樹脂を徹底して逆洗することを、強く推奨する。良好な操作（適切な供給物濾過および良好な溶解酸素濃度の制御）を行えば、Ｄｏｗのクロマトグラフィー分離樹脂の逆洗は、ほとんど必要ない。過剰に膨張させると、樹脂が分離床から漏出する場合がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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