(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマス原料等の材料をアルコールなどの有益な産物に変換する方法の提供。【解決手段】電離放射線でセルロース系材料および／またはリグノセルロース系材料を照射して難分解性を低減すること；液体中で１種以上の酵素を使用して前記難分解性を低減した材料を糖化して、第１の糖、第２の糖、および糖化したセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む混合物を生成すること；生物体と前記糖化した混合物を接触させ、前記生物体が前記第１の糖を選択的に発酵して、１つ以上の未発酵の糖、発酵固体、および第１の発酵産物を提供すること；および、前記１つ以上の未発酵の糖を別の産物に加工すること；を含む産物を作製する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
産物を作製する方法であって、前記方法が、
電離放射線でセルロース系材料および／またはリグノセルロース系材料を照射し、前記セルロース系材料および／または前記リグノセルロース系材料の難分解性を低減することと、
液体中で１種以上の酵素を使用して難分解性を低減したセルロース系材料および／または難分解性を低減したリグノセルロース系材料を糖化して、第１の糖、第２の糖、および糖化したセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む混合物を生成することと、
生物体と糖化した混合物を接触させることであって、前記生物体が、前記第１の糖を選択的に発酵して、１つ以上の未発酵の糖、発酵固体、および第１の発酵産物を提供することと、
前記１つ以上の未発酵の糖を別の産物に加工することと、
を含む、方法。
【請求項２】
未発酵の糖および発酵固体から前記第１の発酵産物を単離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の発酵産物を単離することが、濾過、遠心、蒸発、蒸溜、結晶化、沈殿、抽出、クロマトグラフィー、電気透析、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される方法を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の未発酵の糖および前記発酵固体から前記第１の発酵産物を蒸溜することをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記発酵固体から前記１つ以上の未発酵の糖を単離することをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上の未発酵の糖を単離することが、濾過、遠心、蒸発、蒸溜、結晶化、沈殿、抽出、クロマトグラフィー、電気透析、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される方法を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
栄養素供給源として前記発酵固体を利用することをさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第２の発酵のため前記発酵固体を利用することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
第２の発酵を支援するために前記発酵固体を利用することであって、前記発酵固体が、生存生物体または生存生物体の残渣を含むこと
をさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記２つ以上の糖のうちの１つがグルコースであり、前記生物体がグルコースを選択的に発酵する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記発酵の産物がアルコールを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記発酵の産物がエタノールを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記生物体が、酵母、または酵母および細菌などの生物体の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記別の産物がキシリトールである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記電離放射線が、電子ビームからの加速した電子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記セルロース系またはリグノセルロース系材料に適用した放射線の総線量が、１５Ｍｒａｄと７５Ｍｒａｄとの間、または２０Ｍｒａｄと５０Ｍｒａｄとの間などの、１０Ｍｒａｄと２００Ｍｒａｄとの間である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記糖化した混合物を前記発酵生物体と接触させる前に、前記糖化した混合物から可溶性リグニン由来化合物などのリグニン由来化合物を単離することをさらに含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記糖化した混合物が、前記液体中に溶解した少なくとも２つの単糖を含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記単糖が、前記難分解性を低減したセルロース系材料または前記難分解性を低減したリグノセルロース系材料中で入手可能な炭水化物の合計の少なくとも５０重量％含まれる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記単糖のうちの２つがグルコースおよびキシロースである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
グルコースが、前記糖化した混合物に存在する単糖の少なくとも１０重量％含まれる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の糖が少なくとも２０ｇ／Ｌの濃度で生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記１つ以上の未発酵の糖を別の産物に加工することが、前記未発酵の糖のうちの少なくとも１つを発酵することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
未発酵の糖および発酵固体から前記第２の発酵産物を単離することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
濾過、遠心、蒸発、蒸溜、結晶化、沈殿、抽出、クロマトグラフィー、電気透析、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される方法により前記第２の発酵産物を単離することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第１または第２の産物が、糖、糖アルコール、アルコール、有機酸、未糖化の酸、カルボン酸エステル、未糖化のエステル、無水物、アルデヒド、ケトン、水素、二酸化炭素、燃料、バイオディーゼル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記液体が水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記発酵固体が、哺乳類用の栄養素供給源として使用される、請求項７に記載の方法。
【請求項２９】
前記発酵固体が、下部蒸溜物として単離される、請求項４に記載の方法。
【請求項３０】
前記１つ以上の未発酵の糖を別の産物に加工することが、栄養素供給源として下部蒸溜物を使用する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記発酵の産物が有機酸である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記産物が酢酸または酪酸である、請求項３１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、以下の係属中の仮特許出願：２０１３年３月８日に出願の係属中の仮出願：２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第６１／７７４，６８４号、特許出願第６１／７７４，７７３号、特許出願第６１／７７４，７３１号、米国特許出願第６１／７７４，７３５号、米国特許出願第６１／７７４，７４０号、米国特許出願第６１／７７４，７４４号、米国特許出願第６１／７７４，７４６号、米国特許出願第６１／７７４，７５０号、米国特許出願第６１／７７４，７５２号、米国特許出願第６１／７７４，７５４号、米国特許出願第６１／７７４，７７５号、米国特許出願第６１／７７４，７８０号、米国特許出願第６１／７７４，７６１号、米国特許出願第６１／７７４，７２３号、および米国特許出願第６１／７９３，３３６号の開示全体を参照により組み込む。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】
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】
一般に、本発明は、例えばセルロース系、デンプン系、またはリグノセルロース系の材料などのバイオマス原料等の材料を、例えばアルコール（例えばエタノールおよびブタノール）、酸（例えば酢酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、Ｄ−およびＬ−乳酸、ピルビン酸）、および糖（例えばグルコースおよびキシロース）などの有益な産物に変換する方法ならびに工程に関する。本発明はまた、変換したバイオマスから産物を分離（例えば精製、単離、または濃縮）するための方法、設備、およびシステムに関する。例えば、２つ以上の糖の混合物を発酵して、混合物中に１つ以上の糖を残すことができる。
【０００５】
一態様において、本発明は、産物を生成する方法に関する。本方法は、１種以上の酵素を利用するなどにより、セルロース系またはリグノセルロース系材料、例えば難分解性が低減したセルロース系またはリグノセルロース系材料を水などの液体中で糖化して、２つ以上の単糖などの２つ以上の糖を含む混合物を生成することを含む。さらに本方法は、糖化した材料を生物体と接触させることであって、この生物体が、糖化の間に放出された糖（例えばグルコースおよび／またはキシロースを含む）を選択的に発酵して１つ以上の未発酵の糖（例えばグルコースまたはキシロースを含む）、発酵固体、および発酵産物を提供することを含む。任意に、発酵産物（例えばアルコールまたは有機酸）は、１つ以上の未発酵の糖および発酵固体から単離でき、または発酵産物および１つ以上の未発酵の糖を、発酵固体から単離でき、または発酵産物および発酵固体を、１つ以上の未発酵の糖から単離できる。任意に、例としての発酵産物の単離方法は、限外濾過を含む濾過、遠心、蒸発、蒸溜、結晶化、沈殿、抽出、擬似移動床式クロマトグラフィーを含むクロマトグラフィー、双極性電気透析を含む電気透析、およびこれらの組み合わせを含む。任意に、本方法はまた、例えば濾過、遠心、蒸発、蒸溜、結晶化、沈殿、抽出、クロマトグラフィー、およびこれらの組み合わせにより（任意の順序で）、１つ以上の未発酵の糖を発酵固体から単離することを含む。任意に、本方法は、糖化した材料を発酵生物体と接触させる前に、糖化した材料から、可溶性のリグニン由来の化合物などのリグニン由来化合物を単離することを含む。
【０００６】
幾つかの実施では、発酵固体を、例えば、動物試料用、ヒトの消費用、または生物体（細菌および酵母など）の増殖用の栄養素供給源として利用できる。任意に、発酵固体（例えば生存生物体および／または生存生物体の残渣を含むことのできる）を、糖化したリグノセルロース系材料の第２の発酵のために利用できる。
【０００７】
幾つかの他の実施では、本方法は、１つ以上の糖がキシロースを含み、他の産物がキシリトールを含む場合などに、１つ以上の未発酵の糖を別の産物に変換することをさらに含む。発酵産物は、アルコール（例えばエタノール）を含むことができる。発酵生物体は、酵母、細菌、真菌、または、酵母および細菌などの生物体の混合物を含むことができる。
【０００８】
幾つかの実施では、バイオマス材料の難分解性は、例えば、電子ビームからの加速した電子を含む電離放射線での照射により低減される。任意に、セルロース系またはリグノセルロース系材料に適用した放射線の総線量は、約１０〜約２００Ｍｒａｄ、例えば約１５Ｍｒａｄ〜約７５Ｍｒａｄ、または約２０Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄである。
【０００９】
糖化材料が、液体中に溶解した２つの単糖（例えばグルコースおよびキシロースを含む方法の実施では、単糖は、難分解性を低減したセルロース系またはリグノセルロース系材料中で利用可能な炭水化物の合計の少なくとも５０重量％、例えば６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％含まれてよい。任意に、グルコースは、糖化材料中に存在する単糖の少なくとも１０重量％、例えば少なくとも２０重量％、３０重量％、４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、８０重量％、または９０重量％含まれてよい。
【００１０】
別の態様では、本発明は、液体、第１の糖、第２の糖、および１種以上の酵素を利用することなどにより、照射したセルロース系またはリグノセルロース系材料の糖化により生成される糖化したセルロース系またはリグノセルロース系材料を含むスラリーを生成することを含む産物の作製方法を含む。本方法は、第１の糖を発酵してアルコールなどの産物を生成することをさらに含む。任意に、第２の糖は、少なくとも約２０ｇ／Ｌ、例えば少なくとも約３０ｇ／Ｌ、少なくとも約４０ｇ／Ｌ、少なくとも約５０ｇ／Ｌ、少なくとも６０ｇ／Ｌ、少なくとも約７０ｇ／Ｌ、少なくとも８０ｇ／Ｌ、少なくとも約９０ｇ／Ｌ、少なくとも約１００ｇ／Ｌの濃度で生成される。任意に、本方法は、スラリーを濾過して第２の糖および残渣の水溶液などの液体の溶液を含む濾過物を提供することをさらに含む。本方法は、産物を蒸溜し、第２の糖を含む下部蒸溜物を生成することにより、第２の糖からアルコールなどの産物を単離することをさらに含むことができる。
【００１１】
糖化したバイオマスは、分離することが難しい場合のある糖化後の産物の混合物を生成する場合がある。例えば、グルコースおよびキシロースなどの単糖は、大抵の場合、化学的および物理的な類似性のため、従来の手段により互いに分離することが困難である。例えば、多くのクロマトグラフィー技術では、グルコースおよびキシロースは、同様の時点で溶出する。糖の混合物から糖の選択的な発酵により、有益な産物を提供できる。さらに、発酵した産物は、効率的に分離させることのできる未発酵の糖との十分に異なる化学的および物理学的な差を有することができる。例えばキシロースおよび乳酸を含むスラリー中にもたらされるグルコース糖由来の、Ｄ‐もしくはＬ−乳酸またはこれらの塩を産生する生物体を糖化したバイオマスに植え付けることにより、直接的な方法で相互に単離することができる。
【００１２】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとなる。
【００１３】
上記は、添付図面に図示されるような本発明の例示的な実施形態である以下のより詳細な記載から明らかとなろう。本図面は、必ずしも実寸どおりではなく、本発明の実施形態の図示のため強調されることもある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バイオマスの例示的な酵素による加水分解を示す図である。
【図２】原料から糖溶液を製造する工程を示す流れ図である。
【図３】第２の発酵を示す原料からの糖溶液の製造工程を示す流れ図である。
【図４】バイオマスのキシロースへの変換を示す流れ図である。
【図５】キシロース用の精製スキームを示す流れ図である。
【図６】電気透析処理である２つの段階によるキシロースおよび有機酸用の精製スキームを示す流れ図である。
【００１５】
本明細書に記載される設備、方法、およびシステムを使用して、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、および自治体廃棄バイオマス）から供給でき、大抵の場合容易に入手可能であるが、加工が困難であるセルロース系およびリグノセルロース系原料材料を、有益な産物（例えば単糖であるキシロースおよびグルコースなどの糖、ならびにエタノールおよびブタノールなどのアルコールに変化させることができる。これには、糖を発酵させることと、バイオマス由来の糖の残りから発酵産物を分離することとにより糖の混合物からバイオマス由来の糖の１つを選択的に除去する設備、方法、およびシステムが含まれる。したがって、本方法およびシステムは、バイオマス原料から、純粋なまたは実質的に純粋な（例えば少なくとも９０、９１、９２、９３、９４、または９５重量％の）バイオマス由来の産物の生成に有益である。
【００１６】
バイオマスは、複合的な原料である。例えば、リグノセルロース系材料は、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンの異なる組み合わせを含む。セルロースは、グルコースの線状のポリマーである。ヘミセルロースは、キシラン、グルクロノキシラン、アラビノキシラン、およびキシログルカンなど幾つかのヘテロポリマーのうちのいずれかである。マンノース、ガラクトース、ラムノース、アラビノース、およびグルコースなどの他のモノマーが存在しているにも関わらず、ヘミセルロース中に存在する（例えば最大源の濃度で存在する）第１級糖モノマーは、キシロースである。すべてのリグニンが、これらの組成物中で変形物を示すにも関わらず、これらはフェニルプロペンユニットのアモルファス樹状ネットワークポリマーとして記載されている。特定のバイオマス材料中のセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンの量は、バイオマス材料の供給源に依存する。例えば、木材由来のバイオマスは、種類に応じて約３８〜４９％のセルロース、７〜２６％のヘミセルロース、および２３〜３４％のリグニンとすることができる。概して草は、約３３〜３８％のセルロース、２４〜３２％のヘミセルロース、および１７〜２２％のリグニンである。明らかに、リグノセルロース系バイオマスは、基質の大きなクラスを構成する。
【００１７】
上述したようなバイオマス材料のセルロース部分、ヘミセルロース部分、および／またはリグニン部分などのバイオマスを破壊する酵素およびバイオマス破壊生物体は、多様なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼ、キシラナーゼ、ヘミセルラーゼ、または多様な小分子バイオマス破壊代謝物を含むか、または製造する。図１は、これらのバイオマス破壊工程の一部の例を示す。セルロース基質は、オリゴマー中間物質を生成する任意の位置でエンドグルカナーゼにより最初に加水分解される。次いでこれらの中間物質は、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セロビオヒドロラーゼなどの外で分裂する（ｅｘｏ−ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）グルカナーゼの基質である。セロビオースは水に可溶なグルコースの１，４−連結ダイマーである。最終的にセロビアーゼは、セロビオースを切断し、グルコースを得る。ヘミセルロースの場合、キシラナーゼ（例えばヘミセルラーゼ）は、このバイオポリマー上で作用し、可能な産物の１つとしてキシロースを放出する。
【００１８】
上述した酵素は、水溶液中のバイオマス上で作用し、溶液中に溶解できる糖を放出する。バイオマスの複合性および多様な供給源により、大抵の場合、分離が困難である混合物として様々な糖の混合物が生成される。
【００１９】
図２は、原料（例えばセルロース系またはリグノセルロース系材料）から糖および発酵産物を製造する工程を示す。最初のステップ（２１０）において、本方法は、任意に、セルロース系および／またはリグノセルロース系原料を機械的に処置することを含む。この処置の前および／または後に、原料を、別の物理的処置で処置（２１２）して、この難分解性を低減させることができ、例えば、照射、音波処理、水蒸気爆発、酸化、熱分解、圧力下での加熱した水などの多様な加熱処置、またはこれらの組み合わせにより原料の難分解性を低減またはさらに低減できる。例えば、グルコースおよびキシロースを含む混合糖溶液は、原料（２１４）を糖化することにより形成される。この糖化は、例えば、１種以上の酵素（例えばセルラーゼおよび／またはキシラナーゼ）の添加により効率よく達成できる（２１１）。１つまたは幾つかの産物は、例えば、アルコールへの発酵により糖溶液を由来とすることができる（２１６）。特に、産物を、糖溶液中の１つの糖のみを選択的に発酵する１つ以上の生物体による発酵によりもたらすことができる。発酵の後、発酵産物（例えば複数の産物または発酵産物のサブセット）を単離できる（２２４）。発酵産物の任意の１つの単離方法は、例えば、産物がアルコールである場合、蒸溜により行われる。任意に、発酵産物を単離した後、未発酵の糖を含む材料（例えば溶液、混合物、スラリー、固体）をさらに加工して、例えば、１つ以上の未発酵の糖を単離および／または精製できる（２２６）。望ましい場合、リグニン含量を測定し（２１８）、この測定に基づき加工パラメータを設定または調整する（２１８）ステップは、例えば２０１１年２月１１日出願の米国特許出願第１２／７０４，５１９号に記載される工程の多様な段階で実施できる。この文献は参照により本明細書に援用される。
【００２０】
幾つかの実施形態では、溶液から未発酵の糖を単離することが望ましい場合がある。例えば、１つ以上の未発酵の糖は、ステップ２２４での発酵産物から除去できる。発酵産物はその後溶液から除去できる。例えば、発酵産物は蒸溜でき、未発酵糖は、任意のさらなる加工用に下部蒸溜物に維持される場合もある。
【００２１】
幾つかの実施形態では、１つ以上の未発酵の糖は、未発酵の糖を産物（例えば本明細書に開示される産物）へと発酵する生物体または生物体の組み合わせと接触させることができる。未発酵の糖は、第１の糖の発酵産物からの単離の前、例えばステップ２１６および２２４の間で発酵させることができる。１つの実施形態では、未発酵の糖は、第１の糖の発酵産物を単離させた後、例えばステップ２２４の後に発酵させることができる。別の実施形態では、未発酵の糖は、第１の糖の発酵産物の単離の後、例えばステップ２２４の後に単離でき、次いで単離した未発酵の糖は、１つ以上の生物体で発酵させることができる。
【００２２】
図３を参照すると、糖化の後、１つの糖のみを発酵して少なくとも第２の（未発酵の）糖、および発酵固体の混合物の中に第１の産物を形成させるように、混合物をステップ２１７で発酵させる。ステップ２２５での第１の産物を、本明細書に記載される単離技術のいずれかにより単離する。任意に、発酵固体は、ステップ２３２で少なくとも第２の（未発酵）糖から分離されてもよい。ステップ２２７での第２の発酵プロセスは、第２の糖を、ステップ２３０で本明細書に記載される単離技術のいずれかにより単離できる第２の産物に変換する。第１および第２の糖の例は、それぞれグルコースおよびキシロースとすることができ、グルコースは、第１の発酵ステップで変換される。あるいは、第１の糖はキシロースとすることができ、第２の糖はグルコースとすることができる。この場合、キシロースの発酵産物は第１の産物である。
【００２３】
さらなる実施形態では、図４は、バイオマスを物理的に処置するステップ（４１０）と、難分解性を低減するために原料を処置するステップ（４１２）と、酵素中で混合するステップ（４１１）と、材料を糖化して、例えばグルコースおよびキシロースなどの糖を含む混合物を生成するステップ（４１４）と、他の糖を保持しながら１つの糖を例えば有機酸に選択的に変換して発酵をもたらす（４１６）微生物を播種し（４２８）、保持した糖および所望の産物の混合物をもたらすステップ（４２４）と、次いで産物混合物を除去して糖および所望の産物の混合物を得るステップ（４２６）とを示す。
【００２４】
図５は、この場合キシロースである糖から有機酸を分離するステップ（５１０）を示す。精製手段（５２０）は、擬似移動床式クロマトグラフィーまたは他の物質から糖を分離できる他の精製手段とすることができる。
【００２５】
図６により、２つの電気透析ステップが精製方法として示される。材料から除去した固体を有する発酵産物液体混合物は、有機酸をその塩の形態に変換する（６２０）必要がある場合に下部に添加され（６１０）、電気透析処理は、塩（有機酸塩を含む）から非イオン性糖を分離するために行われる。次いでこの塩を、有機酸塩を中和型の形態に変換して、塩から単離させる両極性膜電気透析ユニット（６３０）中で加工される。
【００２６】
上述した選択的発酵は、バイオマス由来の入手可能な糖から、複数の糖の内の１つの糖の大部分またはさらには全てを発酵産物へと選択的に変換できる。例えばこの選択的な発酵は、複数の糖のうちの１つの糖を少なくとも６０％（例えば少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９９％、またはさらには１００％）を除去でき、または複数の糖のうち１つの糖の６０〜９９％（例えば７０〜９９％、８０〜９９％、９０〜９９％、６０〜７０％、７０〜８０％間、８０〜９０％、または７０〜９０％）を除去できる。異なる条件、例えば異なる添加栄養素、異なる温度、異なるｐＨ値（例えば少なくとも８ユニット、少なくとも５ユニット、少なくとも３ユニット、少なくとも１ユニットにより異なる平均値を備える）、異なる生物体の濃度（例えば、約１０倍超、約５０倍超、約１００倍超、約５００倍超、約１０００倍超の細胞数の差異）、異なる撹拌率（例えば少なくとも２ｒｐｍ、少なくとも５ｒｐｍ、少なくとも１０ｒｐｍ、少なくとも５０ｒｐｍ、少なくとも１００ｒｐｍ、少なくとも５００ｒｐｍ）、異なる酸素負荷の比率（例えば好気性、嫌気性）、ならびにこれらの組み合わせなどの条件を備えた段階で糖を発酵できる。この生物体は、例えば異なる産物（例えば水素、二酸化炭素、酸、ケトン、アルコール、またはこれらの組み合わせ）を生成する多様な発酵段階にあることができる。同一または異なる発酵産物を産生する１超の生物体が存在できる。これら生物体は相乗的に働くことができ、例えば第１の生物体は糖を直接発酵して酸を産生でき、次いで別の生物体は第１の生物体による発酵産物を例えば炭化水素に発酵できる。幾つかの実施形態では、酵素を利用でき、例えばグルコースイソメラーゼを使用してグルコースをフルクトースに異性化でき、ついで生物体を使用してフルクトースおよび／またはグルコースを除去できる。このような幾つかのイソメラーゼに関連する使用は、２０１２年１２月２０日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１３／７１０９３号に記載されており、この開示全体は参照により本明細書中に援用される。
【００２７】
幾つかの実施形態では、糖化および／または発酵後の液体を、例えば遠心、濾過、スクリーニング、または回転真空濾過により固体を除去するために処置できる。例えば、糖化の最中または糖化後に使用できる幾つかの方法および設備は、２０１３年７月１日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１３／４８９６３号、２０１３年３月８日出願の米国仮特許出願第６１／７７４，６８４号に開示されており、この全体は参照により本明細書中に援用される。さらに、他の分離技術を液体に関して使用して、例えば、イオン、脱色剤（ｄｅ−ｃｏｌｏｒｉｚｅ）を除去できる。例えば、クロマトグラフィー、擬似移動床式クロマトグラフィー、および電気透析は、産物および中間物質の混合物を単離するために特に有益であってもよい。これらの方法の一部は、２０１３年３月８日出願の米国仮特許出願第６１／７７４，７７５号および２０１３年３月８日出願の米国仮特許出願第６１／７７４，７８０号に記載されており、これらの開示全体は参照により本明細書に援用される。加工の間に除去された固体は、エネルギーのコジェネレーションに有益とすることができ、このことは例えば、２０１３年３月８日出願の米国仮特許出願第６１／７７４，７７３号に記載されており、この開示全体は参照により本明細書に援用される。
【００２８】
場合によっては、発酵（例えば第１の糖、第２の糖、またはさらにはバイオマス由来の第３もしくは第４の糖の発酵）後の濾過は、栄養素を豊富に含む固体（例えば固体、半固体、濾過ケーク、粒子、抽出物）材料を提供できる。例えば、栄養素を豊富に含む材料は、発酵物から添加した使用していない幾つかの栄養素と同様に、生物体由来の細胞中の物質を含むことができる。栄養素を豊富に含む材料をさらに加工でき、かつ／または産物としての固体とすることができる。さらに、栄養素を豊富に含む材料を、直接、または本工程におけるさらなる処理（例えば殺菌、濾過、洗浄、希釈、ｐＨ調節）にて使用でき、例えば発酵中の栄養素として使用できる。場合によっては、濾過または他の分離手段（例えば膜ろ過）は、生存可能な（例えば生存する）形態で発酵生物体を回収できる。この回収した発酵生物体を使用して、その後の発酵物および／または固体に播種できる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、リグノセルロース系材料の炭水化物は、少なくとも２つの異なる糖、例えばグルコースおよびキシロースを含む。この糖は、ポリマーまたはオリゴマーの一部として結合される場合がある。またこの糖はモノマー、ダイマー、および／またはトリマーとして存在できる。例えば、リグノセルロース系材料は、セルロース、デンプン、ヘミセルロース、ペクチンおよび他のヘテロ多糖、グルコースのオリゴマー、キシロースのオリゴマー、およびグルコースのダイマーおよびトリマー、キシロース、グルコース、キシロースのダイマーおよびトリマー、ならびにこれらの組み合わせを含むことができる。これらの炭水化物の総濃度は、バイオマスの乾燥重量の約１０重量％〜９０重量％とすることができ、このとき乾燥バイオマスは約５重量％未満の水を有する（糖の総濃度は、約１０重量％〜８０重量％、約１０重量％〜６０重量％、約１０重量％〜５０重量％、約１０重量％〜４０重量％、約２０重量％〜９０重量％、約２０重量％〜８０重量％、約２０重量％〜７０重量％、約２０重量％〜６０重量％、約２０重量％〜５０重量％、約３０重量％〜９０重量％、約３０重量％〜８０重量％、約３０重量％〜７０重量％、約３０重量％〜６０重量％、約３０重量％〜５０重量％、約４０重量％〜９０重量％、約４０重量％〜８０重量％、約４０重量％〜７０重量％、約４０重量％〜６０重量％、約５０重量％〜１００重量％、約５０重量％〜９０重量％、約５０重量％〜８０重量％、約５０重量％〜７０重量％、約６０重量％〜１００重量％、約６０重量％〜９０重量％、約６０重量％〜８０重量％、約７０重量％〜９０重量％）とすることができる。糖化の後、単量体形態（ポリマーまたはオリゴマーの一部としてではない）のこれら炭水化物のパーセンテージは、糖化の前の乾燥バイオマス中の利用可能な炭水化物の濃度の合計の少なくとも５０重量％とすることができる。例えば、総バイオマスが７０重量％の炭水化物を含む場合、糖化後、単糖は、３５重量％の未糖化のバイオマス（７０重量％の入手可能な炭水化物の５０％）を含むものである。幾つかの実施では、糖化後、単量体形態であるこれら炭水化物のパーセンテージは、乾燥バイオマス中の入手可能な炭水化物の総濃度の少なくとも６０重量％（例えば、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％）とすることができる。糖化後、グルコース（例えばモノマー）は、乾燥バイオマス中の入手可能な炭水化物の総濃度の少なくとも１０重量％（例えば少なくとも１０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％）として存在できる。糖化後、キシロース（例えばモノマー）は、乾燥バイオマス中の入手可能な炭水化物の総濃度の少なくとも５重量％（例えば少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％）で存在できる。糖化後、他の糖、例えばアラビノースと組み合わせた重量％は、乾燥バイオマス中の入手可能な炭水化物の総濃度の約１０重量％未満（例えば５重量％未満、１重量％未満）とすることができる。糖化後、１つ以上の糖は、溶液を濃縮することなく、少なくとも１０ｇ／Ｌ（例えば少なくとも２０ｇ／Ｌ、少なくとも３０ｇ／Ｌ、少なくとも４０ｇ／Ｌ、少なくとも５０ｇ／Ｌ、少なくとも６０ｇ／Ｌ、少なくとも７０ｇ／Ｌ、少なくとも８０ｇ／Ｌ、少なくとも９０ｇ／Ｌ、少なくとも１００ｇ／Ｌ）の濃度で存在できる。溶液は、少なくとも１０％超（例えば少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも５０％、少なくとも１００％、少なくとも２００％、少なくとも５００％、少なくとも１０００％）の値まで、糖化の後に濃縮できる。この溶液を、さらに乾燥するまで（例えば水が約５重量％未満となるまで）濃縮できる。また糖化後の溶液を、例えば少なくとも１０％（例えば少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも５０％、少なくとも１００％、少なくとも２００％、少なくとも５００％、少なくとも１０００％）希釈できる。
【００３０】
糖化した材料の発酵の後、糖（例えばグルコースまたはキシロース）は、溶液を濃縮することなく少なくとも１０ｇ／Ｌ（例えば少なくとも２０ｇ／Ｌ、少なくとも３０ｇ／Ｌ、少なくとも４０ｇ／Ｌ、少なくとも５０ｇ／Ｌ、少なくとも６０ｇ／Ｌ、少なくとも７０ｇ／Ｌ、少なくとも８０ｇ／Ｌ、少なくとも９０ｇ／Ｌ、少なくとも１００ｇ／Ｌ）の濃度で溶液中に存在できる。この溶液を濃縮することができ、または上述した糖化材料に希釈できる。溶液をさらに加工でき、例えば、下記のように精製する、かつ／または他の産物に（例えば水素付加により）変換できる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、本方法は、約１〜３０重量％（例えば約５〜２５重量％、約５〜２０重量％）のリグニン由来産物、約５〜２０％（例えば約１０〜２０重量％）第１の糖由来の発酵産物、および約１〜１０重量％の未発酵の第２の糖を含む組成物を生成できる。本組成物は、少なくとも４０重量％の水（例えば５０重量％の水、６０重量％の水、７０重量％の水、８０重量％の水）を含むことができる。この水は、組成物から蒸発させることができ、約５０重量％未満の水（例えば約４０重量％未満の水、約３０重量％未満の水、約２０重量％未満の水、約１０重量％未満の水、約５重量％未満の水）を含む材料を生成できる。
【００３２】
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。
【００３３】
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質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。
【００３４】
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。
【００３５】
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生成する傾向が小さい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
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ノセルロース原料は、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
【００４０】
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。
【００４１】
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、２０１１年７月５日公開の米国特許第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。
【００４２】
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、振動コンベヤなどのコンベヤそのもの（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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。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、Ｍｅｄｏｆｆに付与された米国特許第７，９００，８５７号に記載され、開示が参照により本明細書に組み入れられる。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。
【００４５】
別の任意の処理前加工法は、材料をバイオマス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。
【００４６】
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、またはこれらの組み合わせによりコンベヤ（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。
【００４７】
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インチの均一な厚さを形成することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
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、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、そしてそれらを組み合わせていてもよい。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）を含みそれらと組み合わせた化学的処理、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。本方法は、予め加水分解された材料で使用することもできる。本方法は、予め加水分解されていない材料で用いることもできる。本方法は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、または全ての組み合わせ（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み合わせて用いることができる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。冷却の方法、システムおよび設備（例えば冷却スクリューコンベヤおよび冷却振動コンベヤ）を、照射前、照射間、照射後および／または照射と照射との間に利用することができる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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み合わせでの）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。
【００７８】
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み合わせによる）。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。
【００７９】
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。このような例では、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。
【００８０】
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（例えば、加工ステップの幾つかのため）。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。
【００８１】
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。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。
【００８２】
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み合わせ）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、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、またはさらには約１０ｍ）の入射放射線の方向にバリアを含むことができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
粒子（例えば、電子またはイオン）を加速するのに用いられる加速器は、ＤＣ（例えば、静電式ＤＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ＤＣ）または電気力学的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、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、電気力学的直線型加速器、ファンデグラフ加速器、コッククロフトワトソン加速器（例えば、ＰＥＬＬＥＴＲＯＮ（登録商標）加速器）、ＬＩＮＡＣＳ、Ｄｙｎａｍｉｔｒｏｎｓ（例えば、  ＰＥＬＬＥＴＲＯＮ（登録商標）加速器）、（例えば、ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）加速器）、サイクロトロン、シンクロトロン、ベータトロン、変圧器型加速器、マイクロトロン、プラズマ発生装置、カスケード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照射デバイスを、本明細書に開示された方法で用いることができる。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から入手できる。他の適切な可塑性システムとしては、例えば日本の日新ハイボルテージから入手できる絶縁鉄心変圧器（ＩＣＴ）型システム；Ｌ３−ＰＳＤ（ＵＳＡ）、Ｌｉｎａｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（フランス）、Ｍｅｖｅｘ（カナダ）および三菱重工業（日本）から入手できるＳ−バンドＬＩＮＡＣ；Ｉｏｔｒｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（カナダ）から入手できるＬ−バンドＬＩＮＡＣ；ならびにＢｕｄｋｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ロシア）から入手できるＩＬＵ型加速器が挙げられる。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。幾つかの粒子加速器およびその使用は、例えばＭｅｄｏｆｆへの米国特許第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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。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。
【００９６】
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。
【００９７】
エンクロージャを利用する場合、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、酸素除去の組み合わせを、酸素レベルを低く保つために実施することができる。
【００９８】
エンクロージャは、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、エンクロージャ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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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、表１に示す。
【表１】
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【０１０２】
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。
【０１０３】
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０．１Ｗ・ｍ−１・ｋ−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１０Ｗ・ｍ−１・ｋ−１を超える）とは異なり、放熱が緩やかである
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
処置したバイオマスの使用
本明細書中に記載される方法を用いて、バイオマス材料（例えば植物バイオマス、動物バイオマス、紙、および自治体廃棄バイオマス）を原料として使用して、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有益な中間体および生成物を、生成できる。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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
中間体および生成物
本明細書に記載される工程を使用してバイオマス材料を、エネルギー、燃料、食物、および材料などの１つ以上の生成物に変換できる。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、オリゴ糖および多糖）、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（以下参照）、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）、ならびに任意の組み合わ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）と組み合わ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乳酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、酒石酸、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。これらの酸は、酸の異性体を含むことができ、立体化学的異性体（例えばＤ−乳酸およびＬ−乳酸、Ｄ−メソ酒石酸、およびＬ−メソ酒石酸）をも含むことができる。
【０１１５】
上記生成物と互いとの任意の組み合わせ、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み合わせは、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。
【０１１６】
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、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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
照射後のバイオマスの加工
照射後、バイオマスを糖化用の容器に移してもよい。あるいは、糖化ステップの前にバイオマスに照射した後、バイオマスを加熱できる。加熱手段は、、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あてること、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。このバイオマスを、酸または塩基が存在し得る水性の液体中で、９０℃超の温度まで加熱できる。例えば、水性バイオマススラリーは、９０℃〜１５０℃、あるいは１０５〜１４５℃、任意に、１１０〜１４０℃、またはさらには任意に１１５〜１３５℃まで加熱してもよい。水性バイオマス混合物がピーク温度で保持される時間は、ピーク温度にて１〜１２時間、あるいは１〜６時間、任意に１〜４時間である。幾つかの例では、水性バイオマス混合物は酸性であり、ｐＨは１〜５、任意に１〜４、あるいは２〜３である。他の例では、水性バイオマス混合物はアルカリ性であり、ｐＨは、６〜１３、あるいは８〜１２、または任意に８〜１１である。
【０１２１】
糖化
処理されたバイオマス材料は、一般的に該材料およびセルラーゼ酵素を流動媒質または液体媒質、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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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、ＷＯ  ２０１０／１３５３８０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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
糖化により生じる糖溶液の濃度が相対的に高いこと、例えば乾燥重量に基づき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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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、任意の組み合わせまたは順番（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。
【０１３０】
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）を単離および／または精製することができる。例えば糖は、沈降、結晶化、クロマトグラフィー（例えば、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）、電気透析、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、およびそれらの組み合わせにより単離および／または精製することができる。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。幾つかの場合、食物ベースの栄養素供給源は、穀物、野菜、穀物残渣、野菜残渣、肉残渣、（例えばストック、抽出物、ブイヨンまたはレンダリング）、およびそれらの混合物からなる群から選択される。例えば、栄養素供給源は、コムギ、カラスムギ、オオムギ、大豆、エンドウ、マメ科植物、ジャガイモ、トウモロコシ、米ぬか、コーンミール、コムギふすま、肉製品残渣、およびそれらの混合物からなる群から選択されてもよい。
【０１３５】
「発酵」は、ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０７１０９７号（２０１２年１２月２０日に出願され、国際公開公報第２０１３／０９６７００号として英語で公開され、米国を指定している）、およびＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０７１０８３号（２０１２年１２月２０日に出願され、国際公開公報第２０１３／０９６６９３号として英語で公開され、米国を指定している）、に開示される方法および産物を含み、両文献全体は参照により本明細書に援用される。
【０１３６】
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）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。  
【０１３７】
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。
【０１３８】
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、オリゴ糖または多糖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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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コハク酸および類似の生成物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、トルロプシス・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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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）（Ｌａｌｌｅｍａｎｄ  Ｂｉｏｆｕｅｌｓ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ  Ｓｐｉｒｉｔｓ、カナダ）、ＥＡＧＬＥ  Ｃ６  ＦＵＥＬ（商標）またはＣ６  ＦＵＥＬ（商標）（カナダのＬａｌｌｅｍａｎｄ  Ｂｉｏｆｕｅｌｓ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ  Ｓｐｉｒｉｔｓ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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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、炭化水素含有材料を加工できる。本明細書に記載された工程のいずれかは、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、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。
【０１４５】
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。例示的なコンベヤは、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、２０１２年１０月１０日出願の６１/７１１，８０１号に記載される。
【０１４６】
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、２０１２年７月３日出願の米国仮特許出願第６１／６６７，４８１号に記載される。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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で用いることができる。
【０１５０】
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。
【０１５１】
金属イオン封鎖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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
バイオマスを費やすコジェネレーションは、２０１３年３月８日出願の米国仮特許出願第６１／７７４，７７３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援用される。費やしたバイオマスは、上述のリグニンの副産物、ならびに／または第１および／もしくは第２の発酵由来の発酵固体であってもよい。
【０１５４】
他の実施形態
本明細書に記載された任意の材料、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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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み合わ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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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��チル、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  ５０  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���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み合わせが挙げられる。
【０１６４】
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。
【０１６５】
実施例
適切な標準物質を用いて希釈および濾過した水性溶液におけるＨＰＬＣにより濃度を決定した。他に記載がない限り、反応物質は、ミズーリ州セントルイスのシグマアルドリッチ、マサチューセッツ州ウォルサムのＦｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、または相当する関連企業から得た。
【０１６６】
糖化
直径が３２インチ、高さが６４インチであり、ＡＳＭＥの皿状の頭部（ＡＳＭＥ  ｄｉｓｈｅｄ  ｈｅａｄ）（頭部および底部）と適合した円筒状のタンクを糖化に使用した。このタンクはまた、水中翼混合ブレード（幅１６）が備え付けられている。加熱は、タンクの周囲のハーフパイプジャケットを介して熱水を流すことにより提供される。
【０１６７】
このタンクに、２００ｋｇの水、８０ｋｇのバイオマス、および１８ｋｇのＧｅｎｅｎｃｏｒ（カリフォルニア州パルアルト）から入手可能なＤｕｅｔ（商標）セルラーゼ酵素を充填した。バイオマスは、１０〜４０メッシュの間の寸法までハンマーで粉砕し、選別したトウモロコシ穂軸であった。バイオマスを３５Ｍｒａｄの総線量まで電子ビームで照射した。混合物のｐＨを調節し、糖化の間Ｃａ（ＯＨ）２を使用して４．８で自動的に維持した。糖化が完了したとみなされた後、この組み合わせを５３℃まで加熱し、１８０ｒｐｍで約２４時間撹拌した。
【０１６８】
この材料の一部を、２０メッシュのスクリーンを介してスクリーニングし、溶液を８ガロン（ｇａｌ）のカーボイ中、４℃で保存した。
【０１６９】
グルコースのエタノールへの発酵
約４００ｍｌの糖化した材料を、１Ｌの新規のＢｒｕｎｓｗｉｃｋ  ＢｉｏＦｌｏｗ  １１５バイオリアクター中にデカントした。この材料を曝気させ、播種の前に３０℃まで加熱した。撹拌を５０ｒｐｍに設定した。発酵にふさわしいｐＨを５．２と測定し、したがってこのｐＨを調節しなかった。曝気を中止し、バイオリアクターの中身に５ｍｌのＴｈｅｒｍｏｓａｃｃの乾燥酵母（テネシー州メンフィスのＬａｌｌｅｍａｎｄ，  Ｉｎｃ．）（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）を播種した。発酵を約２４時間進行させた。
【０１７０】
発酵の後、グルコース濃度は検出限界未満であり、エタノール濃度は約２５ｇ／Ｌであり、キシロース濃度は約３０ｇ／Ｌであった。
【０１７１】
下部蒸溜物の調製
下部蒸溜物を、上述した発酵材料からエタノールを蒸溜することにより調製した。さらに、固体を遠心により除去した。溶解した固体の最終量は５〜１０重量であっった。また、懸濁した固体中に微粒子が存在した。蒸溜の後、キシロースの濃度は約４０ｇ／Ｌであった。これらの下部物質は、下部蒸溜物ロットＡを指した。同様の調製したバッチは、ロットＲを指した。
【０１７２】
キシロースの酪酸への発酵
下部蒸溜物の実験（Ａ）
７つの１Ｌの新規のＢｒｕｎｓｗｉｃｋ  ＢｉｏＦｌｏｗ  １１５バイオリアクターを、実験に利用した。最初に、７つ全てのリアクターに、２００ｍＬのＰ２媒質（以下に記載）の３倍濃縮物および７２ｇのキシロース（デンマークコペンハーゲンのＤａｎｉｓｃｏ）を充填した。２つのリアクター（ＢＲ２およびＢＲ４）に、上述した１２０ｍＬの下部蒸溜物（ロットＡ）を充填した。２つのリアクター（ＢＲ６およびＢＲ８）に、２４０ｍＬの下部蒸溜物（ロットＡ）を充填した。２つのリアクター（ＢＲ１８およびＢＲ２０）に３６０ｍｌの下部蒸溜物（ロットＡ）を充填した。１つのリアクター（ＢＲ２２）に、２４０ｍＬの下部蒸溜物（ロットＡ）を充填した。全てのバイオリアクターに、総容量が６００ｍｌになるように脱イオン水を入れた。例えば、ＢＲ２は２００ｍＬのＰ２媒質、１２０ＭＬの下部蒸溜物ロットＡ、最大７２ｇのキシロースおよび合計が６００ｍＬとなるための脱イオン水を有した。キシロースの濃度は、約１２８ｇ／Ｌの濃度の蒸溜物の濃度の下部蒸溜物から、７２グラム＋〜４．８ｇであった。リアクターは、Ｎｓガスが注入され、７％（４５ｍｌのＣ．ｔｙｒｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ  （ＡＴＣＣ  ２５７５５））を播種した。１ｍｌのフリーザーストックから、補充した３００ｍｌのクロストリジウム菌培地中で３７℃にて一晩増殖させた。ＧＣおよびＨＰＬＣ分析に提出するため、バイオリアクター中の試料を定期的に採取した。発酵を、３．７Ｎの水酸化アンモニウムを利用して６．０超に維持した。表１はこれら実験で集めたデータを示す。
【０１７３】
Ｐ２ベースの媒質は、米国特許第６，３５８，７１７号に記載のように作製したが、３倍濃縮物（３×）で、すなわち１／３の水のみを使用して溶液を作製した。Ｐ２媒質は、以下のように作製される。媒質は、以下の別々に調製した溶液：７９０ｍｌの希釈水（溶液Ｉ）、０．５ｇのＫ２ＨＰＯ４、０．５ｇのＫＨ２ＰＯ４、２．２ｇのＣＨ３ＣＯＯＮＨ４（溶液ＩＩ）、２．０ｇのＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、０．１ｇのＭｎＳ０４・Ｈ２Ｏ、０．１ｇのＮａＣｌ、０．１ｇのＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ（溶液ＩＩＩ）、および１００ｍｇのｐ−アミノ安息香酸、１００ｍｇのチアミン、１ｍｇのビオチン（溶液ＩＶ）から構成される（特段記載のない限り、希釈水１００ｍｌあたりグラムで記載される）。溶液ＩおよびＩＩを濾過滅菌し、その後混合してバッファー溶液を形成した。溶液ＩＩＩおよびＩＶを濾過滅菌した。溶液ＩＩＩおよびＩＶの一部（１０および１ｍｌ）をそれぞれバッファー溶液に無菌で添加した。最終的なＰ２媒質のｐＨは６．６であった。
【表２】
2019068835.tif 000003
2019068835.tif 000004
2019068835.tif 000005
【０１７４】
下部蒸溜物の実験（Ｂ）
この実験で６つのバイオリアクターを使用した。６００ｍｌのリアクターの充填で、２つのリアクター（Ｂ−ＢＲ２およびＢ−ＢＲ４）を、７２ｇのキシロース、５ｐｐｍのＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、および６ｇ／ＬのＦｌｕｋａ製の酵母流出物を充填し、６００ｍｌとなるために脱イオン水を添加した。２つの他のリアクター（Ｂ−ＢＲ６およびＢ−ＢＲ８）に、７２ｇのキシロース、５ｐｐｍのＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、４０％、２４０ｍｌの下部蒸溜物を充填し、６００ｍｌとなるために脱イオン水を添加した。１つのリアクター（Ｂ−ＢＲ  １８）に、７２ｇのキシロースを充填した。２００ｍｌの改変Ｐ２は２４０ｍｌの下部蒸溜物に補充し、６００ｍｌとなるために脱イオン水を添加した。別のリアクター（Ｂ−ＢＲ２０）に７２ｇのキシロース、６０ｇ／Ｌの酵母抽出物を補充した２００ｍｌの改変Ｐ２（上述されるようにではあるが、３倍濃縮物ではない）を充填し、６００ｍｌとなるように脱イオン水を添加した。６つすべてのリアクターをＮ２ガスで通気し、次いで５％（３０ｍｌ）のｔｙｒｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ  （ＡＴＣＣ  ２５７５５））を播種した。表２はこのデータを示す。
【０１７５】
この種を、リットルあたり１０ｇのペプトン、１０ｇの牛肉抽出物、５ｇのＮａＣｌ、５ｇのＬシステイン、３ｇの酢酸ナトリウム、５ｇの無水アガー、および５ｇのキシロースからなる補充された改変クロストリジウム菌培地中で一晩増殖させた。この培地は、キシロースを含まない脱イオン水９００ｍｌ中に作製され、２７０ｍｌを一定分量として５００ｍＬのビンへ入れた。ビンを通気し、オートクレーブし、３０ｍｌの５０ｇ／Ｌのキシロースを、２２ミクロンのフィルターを介して各ボトルへ注入した。注入前にキシロース溶液をＮ２ガスで通気した。３００ｍｌのビンあたり１ｍｌのフリーザーストックを使用した。
【０１７６】
発酵のｐＨを、３．７Ｎ  ＮＨ４ＯＨを使用して６．０超に維持した。試料を、定期的に採取し、ＧＣおよびＨＰＬＣを用いて分析した。
【表３】
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【０１７７】
酸性樹脂を使用した酪酸塩（Ｂｕｔｖｒａｔｅ）の単離
Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＩＲＡ４００樹脂（５００ｇ）を、５ｌの丸底フラスコ中の水（２×５００ｍＬ）で洗浄した。発酵ブロスを湿潤した樹脂に添加する前に、ピペットを用いて過度の水を慎重に除去した。４４．７ｇ／Ｌの酪酸を含む発酵ブロス（２Ｌ）を添加し、結果として得られる混合物を、マグネチックスターラーを用いて１．５時間撹拌した。少量の分析試料を除去し、ＧＣヘッドスペース分析により３２．５ｇ／Ｌの酪酸（２７％の損失）を含むことを発見した。このことは、２４．５ｇの酪酸が樹脂に吸着したことを示唆した。
【０１７８】
上清溶液を流し、湿潤した樹脂を、目詰まりを防ぐために底部にワイヤスリーブを備えるガラスカラム上に充填した。溶離液が排除されるまで樹脂の発酵ブロスを流水（２ｌ）ですすいだ。その後樹脂を磁気撹拌バーを含む２Ｌの丸底フラスコに移し、１００ｍｌの１Ｎ  ＨＣｌで処置し、その後８ｍｌの６Ｎ  ＨＣｌで処置した。結果として得られる混合物を５分間撹拌し、ｐＨが２．５であると見出し、蒸溜した。合計５つのバルブ間の蒸溜物で１５０〜２５０ｍｌの画分を得た。蒸溜の間で、水および１Ｎ  Ｈｃｌをさらに樹脂に添加した。画分は、２０％の水性ＮａＯＨで塩基性にし、ロータリーエバポレーションにより濃縮した。１２０℃の真空で一晩乾燥し、組み合わせた粗製固体として１６．２３ｇを、または試料中に１４．１３ｇの酪酸ナトリウムを得た。この量は、５つの蒸溜で５７．７％の回収率となった。さらなる蒸溜は、より高い回収をもたらすものである。
【０１７９】
塩基性樹脂を使用する酪酸塩の単離
１Ｌの丸底フラスコ中に４００ｍｌの酪酸発酵ブロス（４４．５８ｇ／Ｌ）に、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＩＲＮ１５０（塩基性成分）湿潤樹脂を添加した。この結果として得られる混合物を室温で２時間撹拌し、次いで１０分間静置させた。少量の分析試料（１／２ｍＬ）を除去し、バイアル中に配置した。ＧＣヘッドスペース分析によりこの試料が２４．２９ｇ／Ｌの酪酸（５４．４９％低下）を含むことを発見した。このことは、９．７２ｇが樹脂に吸着したことを示唆した。
【０１８０】
上清溶液を流し、残ったブロスを５０ｍＬのピペットを用いて除去した。樹脂を水（８×２５ｍＬ）ですすぎ、次いで１０％のＨ２ＳＯ４を含むＥｔＯＨ溶液（５０ｍｌ）で処置した。この結果として得られる混合物を室温で５分間撹拌し、その後、エタノール溶液をピペットにより除去した。その後この樹脂をＥｔＯＨ（１０×２５ｍｌ）ですすぎ、次いで水（１０×２５ｍＬ）ですすいだ。ＥｔＯＨすすぎ溶液を、２０％のＮａＯＨ（ｐＨ１１）と組み合わせ、塩基性にし、その後、ロータリーエバポレーションにより濃縮した。水のすすぎ溶液を、同様に処置し、両方の固体を１２０℃の真空で乾燥させ、エタノールから６．７４ｇ（ＬＣ分析による７２．５７％の酪酸ナトリウム）、および水から９０ｇ（ＬＣ分析による８０．４４％の酪酸ナトリウム）を得た。樹脂からの合計の収率は６６．１％であった。
【０１８１】
酪酸塩の酪酸エチルへの変換
合計８．９ｇの酪酸ナトリウムを含む固体の粗製混合物を、２５０ｍｌの丸底フラスコ中５０ｍｌのエタノールで処置し、得られた混合物を水槽で冷却し、磁性撹拌バーで撹拌しながら濃硫酸（１６ｇ）でゆっくりと処置した。丸底フラスコは、還流凝縮器に適合しており、反応混合物をＮ２下で４時間煮沸した。室温まで冷却した後、反応混合物を１５０ｍｌのＮａ２ＨＰＯ４（４０ｇ）水溶液を含む分液漏斗にそそいだ。混合後のこの溶液の最終的なｐＨは７であった。上層を分離し、ガラスウールを介して濾過して沈殿物を除去し、４．５ｍｌの酪酸エチルを得た。この試料を、他の同様の試料と組み合わせて蒸溜した約２９ｇの粗製液体を得て、酪酸エチルを２３．６ｇ（ＬＣ分析により８８％の純度）を得た。この不純物は、主にエタノール（９．２％）および酢酸エチル（２％）であった。
【０１８２】
酪酸エチルの水素化分解
酪酸エチル（２０．８ｇ、０．１７６ｍｏｌ）を含む２２５ｍｌの乾燥エタノールを、１Ｌのステンレス鋼オートクレーブ中のアルミナ（８．１ｇ、還元型）上にある０．５％のＲｅに添加した。Ｎ２でパージし排除した後、結果として得られる混合物に１１６ｐｓｉのＨ２を充填し、その後６００ｒｐｍで撹拌し、４日間にわたり合計２５．５時間２７０℃で加熱した。オートクレーブは、毎朝室温まで減圧され、次いでさらにＨ２を添加（１０８−１１２ｐｓｉ）した。１４００〜１５００ｐｓｉの範囲の圧力を、水素付加のために使用した。ガスクロマトグラフィーのヘッドスペース分析は、９０％超の選択性を備える６５％モル濃度超の酪酸エチルのｎ−ブタノールへの変換そ示唆した。
【０１８３】
Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｒｈａｍｎｏｓｕｓを用いてバイオマスから生成されるＬ−乳酸およびキシロース流
上述と同様のステップを使用して作製した糖化バイオマスを糖供給源として使用してＬ−酪酸および／またはキシロース流を生成した。
【０１８４】
２５０μＬのフリーザーストックから、グルコースをＬ−乳酸へ発酵する生物体Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｒｈａｍｎｏｓｕｓ  ＮＲＲＬ  Ｂ−４４５を２５ｍｌのＭＲＳ培地（ＢＤ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｎｏ．：２８８１３０）中で増殖した。培養物を、３７℃および１５０〜２００ｒｐｍでシェーカーインキュベーター中で一晩インキュベートした。
【０１８５】
乳酸を産生する発酵は、撹拌パドル、加熱マントル、撹拌ポンプ（ｉｍｐｅｌｌｏｒ）、ｐＨモニタリングプローブ、および温度モニタリング熱電対を用いてバイオリアクター中で行った。
【０１８６】
実験用の産生媒質で１１Ｌの糖化したビオマス、２２ｇの酵母抽出物、１．６ｍｌの消泡剤  ＡＦＥ−００１０を使用した。媒質を７０℃で１時間加熱し、その後３７℃まで冷却した。媒質のｐＨは、１２．５Ｎ  ＮａＯＨ溶液を使用して６．５まで上昇させた。次いでその媒質に、１％  （１１０  ｍＬ）のＬａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｒｈａｍｎｏｓｕｓを播種した。溶液を２００ｒｐｍで撹拌し、ｐＨを６．５超で維持しながら発酵を３７℃で進行させた。グルコースを４８時間までに完全に消費した。この産物は、ナトリウム塩としてのＬ−乳酸であった。キシロースは、バイオマス変換の間本質的に変換されなかった。
【０１８７】
Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏｒｖｎｉｆｏｒｍｉｓを用いてバイオマスから生成されるＤ−乳酸およびキシロース流
上述と同様のステップを使用して作製した糖化バイオマスを糖の供給源として使用して、Ｌ−乳酸キシロース流を生成した。
【０１８８】
グルコースをＤ−乳酸へ発酵する生物体Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏｒｙｎｉｆｏｒｍｉｓ  ｓｕｂｓｐｅｃｉｅｓ  ｔｏｒｑｕｅｎｓ  Ｂ−４３９０を、２５０μＬのフリーザーストックから、２５ｍｌのＭＲＳ培地（ＢＤ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｎｏ．：  ２８８１３０）中で増殖させた。この培養物を、撹拌することなく３７℃で一晩インキュベートした。
【０１８９】
実験用の産生培地で６４４ｍＬの糖化バイオマス、５ｇ／Ｌのトリプトン、および１００μｌの消泡剤ＡＦＲ−００１０を使用した。この培地を、７０℃で１時間加熱し、次いで３７℃まで冷却した、ｐＨを、１２．５Ｎ  ＮａＯＨを使用して６．５まで上げ、その後同一の塩基溶液を使用して維持した。この培地に、Ｂ−４３９０を播種し、発酵壁（ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｗａｌｌ）を、培地を２００ｒｐｍで撹拌し、ｐＨを６．５に維持しながら３７℃で進行させた。この産物はナトリウム塩としてのＤ−乳酸であった。キシロースは、バイオマス変換の間本質的に変換しなかった。
【０１９０】
乳酸ナトリウム溶液の加工
酪酸ナトリウム由来のＤ−乳酸およびＬ−乳酸の両方を、本明細書に記載するように脱色（ｄｅｃｏｌｏｒｉｚｅ）させた。発酵を繰り返し起こし、より多量の材料を提供し、脱色を促進させた。
【０１９１】
上述の発酵により調製した乳酸ナトリウムを含む３０リットルの発酵培地を４２００ｒｐｍで６０分間遠心した。上清を０．２２ミクロンの遠心フィルターを介して濾過し、２６．５ｌの濾過物を生成した。１９リットルの濾過物を、２．７Ｌの高い多孔性合成ポリマービーズ型の樹脂を含むカラムを介して浸透させた（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｄｉａｉｏｎ  ＳＰ−７００，。流速１．５ＢＶ／時間）。第１の１．５Ｌの溶出液を廃棄し、残りの媒質およびさらなる１．５Ｌの水を溶出させ、貯蔵した。この媒質の残存する部分を、同様の方法で脱色して、７．５Ｌの浅色の溶液を得た。脱色した材料の２つのバッチを貯蔵し、すぐに使用しない場合は、冷却した場所で保存した。
【０１９２】
脱色した乳酸塩溶液の脱塩電気透析
上述したように調製した脱色媒質を、脱塩膜（ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）を使用して電気透析を行った。
【０１９３】
電気透析装置の貯蔵部に脱色した乳酸ナトリウム媒質を充填し、この装置の濃縮物貯蔵部に４ｌの脱イオン水を充填した。電気透析を、４０Ｖの電圧および５Ａの最大電流を使用して５時間続行した。
【０１９４】
この手法は、概して５μＳ／ｃｍの導電率（３４μＳ／ｃｍで開始）を備える６６ｇ／Ｌ（３８ｇ／Ｌで開始）前後の濃度で濃縮した乳酸塩流および濃縮されたキシロース流を生成した。
【０１９５】
双極性電気透析
上述のように生成した乳酸ナトリウム中の流における液体は、両極性膜を使用して第２の電気透析を行い、乳酸および水酸化ナトリウム溶液を生成した。以下の手法を本明細書に記載する。
【０１９６】
脱塩電気透析により調製した乳酸ナトリウム（１．６Ｌ）溶液を希釈リザーバーに添加する。脱イオン水（１Ｌ）を乳酸および水酸化ナトリウム流用の各リザーバーに添加する。双極性膜スタックに適合した４つのチャンバーの電気透析セルを使用して電気透析を実行する。電圧を２３Ｖに設定し、最大電流を６．７Ａに設定する。透析を、５時間、または希釈流の伝導率が開始値の５％未満となるまで実行できる。
【０１９７】
この手法は、６６ｇ／Ｌ（３８ｇ／Ｌで開始）前後の濃度に濃縮した乳酸塩流および５μＳ／ｃｍ  の導電率（３４μＳ／ｃｍで開始）および３０ｇ／Ｌの濃度の濃縮型キシロース流を生成した。ラクトース流は、両極性膜透析の後、９６％の乳酸と４％のキシロースを有する。キシロース流は、両極性膜透析の後、概して９３％のキシロースと、７％の乳酸とを有する。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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