(57)【要約】【課題】せん断を必要とせず、セルロースを非常に短時間で加水分解する加水分解方法を提供する。【解決手段】Ａ）乾燥含有物と水とを有するバイオマスを含むリグノセルロース原料を、水溶性加水分解種を含む溶媒の少なくとも一部分と接触させるステップであって、水溶性加水分解種の少なくともいくらかが、原料中のバイオマスの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種と同じであるステップと、Ｂ）原料流れの原料と溶媒との接触を、２０℃〜２００℃の範囲の温度に５分〜７２時間の範囲の時間維持して、原料中のバイオマスから加水分解生成物を創出するステップとを含む、リグノセルロースバイオマスを加水分解する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）乾燥含有物と水とを有するバイオマスを含むリグノセルロース原料を、ステップＢ）における原料の酵素加水分解の結果として得られる加水分解生成物の水溶性加水分解種を含む溶媒の少なくとも一部分と接触させるステップと、
Ｂ）原料流れの原料と溶媒との接触を、２０℃〜２００℃の範囲の温度に５分〜７２時間の範囲の時間維持して、原料中のバイオマスから加水分解生成物を創出するステップであって、原料と接触させる溶媒の重量とバイオマスと原料中の水を加えた重量との比率が、少なくとも１．５：１であるステップ、とを含む、リグノセルロースバイオマスを加水分解する方法。
【請求項２】
乾燥含有物が、セルロース、ヘミセルロースを含み、乾燥含有物中のセルロースの重量パーセントが、乾燥含有物の５重量パーセントより大きく、水溶性加水分解種の少なくともいくらかが、原料中のセルロースの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種と同じであり、原料と溶媒との接触が、セルロースの加水分解のための触媒の存在下にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
原料と接触させる溶媒の重量とバイオマスと原料中の水を加えた重量の比率が、６０：４０〜９０：１０の範囲にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、１：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、１．５：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、２：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、３：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、４：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、５：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
原料を溶媒の少なくとも一部分と接触させる前に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させる、請求項２から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
原料を溶媒の少なくとも一部分と接触させた後に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させる、請求項２から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
原料を溶媒の少なくとも一部分と接触させるのと同時に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させる、請求項２から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
バイオマスと原料の水の比率が、１：４より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
バイオマスと原料の水の比率が、１：３より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
バイオマスと原料の水の比率が、１：２より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
バイオマスと原料の水の比率が、１：１．５より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
バイオマスと原料の水の比率が、１：１より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
バイオマスと原料の水の比率が、１：０．９より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
触媒組成物が、酵素を含む、請求項２から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
温度が、２０〜１０５℃の範囲にある、請求項１から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
温度が、２０〜９５℃の範囲にある、請求項１から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
時間が、５分〜４８時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
時間が、５分〜３６時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
時間が、５分〜２４時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
時間が、５分〜１２時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
時間が、５分〜８時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
Ａ）溶媒の少なくとも一部分を既に含有する容器中に原料を導入するステップと、
Ｂ）原料を容器に導入する前、導入するのと同時または導入した後に触媒組成物を容器に導入するステップと、
Ｃ）原料と溶媒と触媒組成物とを容器中に、２０℃〜２００℃の前記温度範囲にて５分〜７２時間の範囲の時間維持するステップと、
Ｄ）加水分解生成物を容器から除去するステップと
を含むバッチプロセスである、請求項１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
加水分解生成物の全てが、さらなる原料と水溶性加水分解種を含有する溶媒とを導入する前に、容器から除去される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
加水分解生成物の一部分、すなわち残留分が、容器中に残される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
Ａ）溶媒の少なくとも一部分を既に含有する容器中に原料を連続的に導入するステップと、
Ｂ）触媒組成物を容器に導入するステップと、
Ｃ）ある重量の加水分解生成物を容器から連続的に除去するステップと
を含む連続プロセスである、請求項１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
プラグ流れプロセスである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
連続撹拌反応器を用いる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
溶媒流れの一部分が、容器に導入される前に原料と混合され、溶媒と原料流れの比率が、容器中の溶媒の量＋原料流れに伴う溶媒の量に基づく、請求項２７から３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
リグノセルロース原料を溶媒と接触させる前に、ある量の原料を、少なくとも第１原料流れに分配して、触媒を第１原料流れに加えて第１原料流れの原料を加水分解することにより第１溶媒流れを創出し、触媒の量が、全ての原料の乾燥含有物１ｇあたり０．１〜１５０ＦＰＵの範囲にあり、加水分解が、２０℃〜９５℃の範囲の温度にて５分〜７２時間の範囲の時間行われ、リグノセルロース原料と溶媒と第１溶媒流れの溶媒とが、互いに接触され、接触が、前記温度範囲に前記時間範囲の時間維持される、請求項１から３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
第１溶媒流れの一部分が、第１原料流れではない原料と、容器に導入する前に混合され、溶媒流れと原料流れの比率全てが、第１溶媒流れおよび容器中の溶媒の量である溶媒流れの全量に基づく、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
加水分解生成物中の固体の少なくとも一部分が、加水分解生成物から分離される、請求項１から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
固体の少なくとも一部分が、加水分解生成物から分離され、当該プロセスに再循環される、請求項１から３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
加水分解生成物流れからの固体の少なくとも一部分の分離が、液体サイクロンおよび遠心分離機からなる群より選択される装置により行われる、請求項１から３６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本特許出願は、２００９年３月３１日出願のＰＣＴ／ＩＴ２００９／０００１２４、２００９年３月３１日出願のＰＣＴ／ＩＴ２００９／０００１２７、２００９年１２月１４日出願のＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５７３６および２００９年１２月１４日出願のＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５７３７の特許出願の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、デンプン加水分解酵素の存在下でのデンプンの加水分解について教示している。デンプンは、食用および穀粒植物から抽出されることが知られている。当業者は、デンプンが、その化学結合のために容易に加水分解されるが、セルロースは容易に加水分解されないことを知っている。この特許は、粉砕された乾燥デンプンに水を加えて、乾物で表される、粉砕されたデンプン質基層中の濃度を、発酵の途中で５０〜４００ｇ／リットルと理解される値に調整することを教示している。この仏国特許出願は、セルロース性原料に対して用いることについて何も言及していない。
【０００３】
当該技術において、発酵プロセスからのエタノールの蒸留のエネルギーコストが、発酵培養液が４％を超えるエタノールを含有するならば、劇的に低減されることが知られている。このことは、８％（ｗ／ｗ）を超える糖濃度を必要とし、これは、ほとんどのタイプのバイオマス、特にリグノセルロースバイオマスについて、２０％を超える初期乾物含量に相当する。
【０００４】
よって、高い、好ましくは２０重量％を超える乾物含量を有するリグノセルロース含有バイオマスを用いることができることが重要である。
【０００５】
バイオマスの酵素加水分解は、以前に記載されている。しかし、リグノセルロースバイオマスの場合、１インチ（２５．４ｍｍ）未満の平均サイズを有し、さらに比較的低い乾物含量、すなわち２０％（ｗ／ｗ）未満を有する繊維および粒子に存在する物質だけが、うまく加水分解されている。
【０００６】
バイオマスの酵素加水分解は、発酵工業で用いられるものと同様の中央に配置された回転翼軸上に装填された回転翼（例えばラシュトンタービンまたはインテミグ回転翼）を備える撹拌タンク反応器において、従来、行われている。この装置のために、高い粘度の溶液、高度に粘着性または高度に乾燥した物質は、効率的に撹拌できず、混合が非常に乏しいかまたは混合されていない不均質な領域が維持される。さらに、このような溶液の撹拌は、非常に大きいエネルギー投入を必要とし、このことは、プロセスの経済面に不利益である。多糖含有バイオマスを用いる操作は、よって、可能な上限がおよそ２０％（ｗ／ｗ）に予め制限される。
【０００７】
このことは、固体セルロース物質の糖への加水分解について記載する特許文献２で証明されており、ここでは、３０〜８０％（ｗ／ｗ）セルロースを含有する３〜２０％（ｗ／ｗ）固体供給の粒状スラリーを、セルラーゼ酵素複合体で処理することにより、セルロースが単糖に加水分解される。固体セルロース含有投入物は、０．０１〜１インチ（０．０２５４〜２５．４ｍｍ）の範囲の直径の平均粒子サイズを有していた。穴あき回転羽根を混合のために用いた。この特許は、反応ゾーン全体にわたって５０，０００〜２００，０００フィート／分／フィート程度の非常に高いせん断速度を用いることを教示している。
【０００８】
特許文献３は、ヘミセルロースの少なくとも一部分を可溶化するステップと、可溶化されたヘミセルロースを加水分解して少なくとも１つの単糖を生成するステップとを含むバイオマス物質中のヘミセルロースの酵素加水分解について記載している。選択されたバイオマスは、好ましくは、素材または前処理された物質の水性スラリーである。バイオマス物質は、ヘミセルロースを含む任意のセルロース性物質であってよい。この方法は、トウモロコシ、コムギ、コメ、オーツ麦またはオオムギのような穀粒繊維を用いて特に有効であると記載されている。しかし、実施例からわかるように、セルロースは加水分解されない。
【０００９】
特許文献４は、リグノセルロースの酵素加水分解の方法について記載している。リグノセルロースを糖に分解することは、リグノセルロースを、少なくとも１つの補助酵素および少なくとも１つのセルラーゼと接触させることを含む。リグノセルロース性物質は、粉砕され（物質の平均繊維サイズはさらには明記されなかった）、低い乾物含量を有した（１０ｍｌ酵素溶液中に０．２ｇの粉砕された茎と葉の物質）。
【００１０】
特許文献５は、比較的高い乾物含量を有する多糖含有バイオマスの液化および糖化の方法について記載している。これは、酵素加水分解を、重力の原理に依存するタイプの混合と組み合わせて、このことにより、バイオマスを機械的な力、主にせん断力および引裂力に確実に供する。
【００１１】
上記の方法は、高度のせん断が要求されることと、原料の加水分解時間とにより、操作するのが高価である。よって、経済的な設計を用いると同時に高い乾燥含量バイオマスを処理することが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】仏国特許出願第２６０９０４６号
【特許文献２】米国特許第４，４０９，３２９号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２１１７１６７号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４００５６７４号
【特許文献５】ＷＯ２００６／０５６８３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
セルロースを糖に分解することは非常に困難であることが、当該技術において公知である。セルロースバイオマスを加水分解するための努力は、通常、不経済であることが示されている。セルロース含有バイオマス流れを処理して、酵素のような加水分解触媒へのセルロースの近づきやすさを増加させることができるが、それでもまだ、セルロースをその基本の糖に変換することは、時間およびエネルギー的に非常に困難である。この理由から、従来技術の系は、セルロース成分をまず除去し、デンプンまたは遊離糖成分だけを加水分解している。これらの系は、第１世代方法とよばれる。セルロースの加水分解の困難性は、セルロース性物質を高いせん断に長時間供して繊維を破壊する、背景技術で引用した最近の従来技術特許で示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本明細書は、せん断を必要とせず、セルロースを非常に短時間で加水分解する加水分解方法を開示する。
【００１５】
本明細書は、よって、乾燥含有物と水とをともに有するバイオマスを含む原料を、水溶性加水分解種を含む溶媒の少なくとも一部分と接触させるステップであって、水溶性加水分解種の少なくともいくらかが、バイオマスの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種と同じであるステップと、原料と溶媒との接触を、触媒組成物の存在下で２０℃〜９５℃の範囲の温度に５分〜７２時間の範囲の時間維持して、バイオマスから加水分解生成物を創出するステップとを含む、高い乾燥含量バイオマスを加水分解する方法を開示する。
【００１６】
本明細書は、バイオマスの加水分解方法が、Ａ）乾燥含有物と水とを有するある量のバイオマスを、少なくとも第１原料流れおよび第２原料流れに分配するステップと、Ｂ）触媒を第１原料流れに加えて第１原料流れを加水分解し、２０℃〜９５℃の範囲の温度にて５分〜８時間の範囲の時間加水分解を行うことにより、第１溶媒流れを創出するステップであって、触媒の量が、全ての原料流れの乾燥含有物１ｇあたり０．１〜１５０ＦＰＵの範囲であるステップと、Ｃ）第１原料流れではない原料流れの少なくとも１つを第１溶媒流れと接触させるステップと、Ｄ）第１原料流れではない少なくとも１つの原料と、第１溶媒流れとの接触を、２０℃〜９５℃の範囲の温度に５分〜７２時間の範囲の時間維持して、バイオマスから加水分解生成物を創出するステップとを含み得ることを開示する。
【００１７】
原料を溶媒と接触させる前、接触させたときまたは接触させた後に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させることがさらに開示される。バイオマスと原料の水の比率が、１：６より大きいか、または１：５より大きいか、または１：４より大きいか、または１：３より大きいか、または１：２．５より大きいか、または１：２より大きいか、または１：１．５より大きいか、または１：１より大きいか、または１：０．９より大きいことが可能であることがさらに開示される。
【００１８】
バイオマスの量と原料中の水が、１：４〜９：１、１．３．９〜９：１、１：３．５〜９：１、１：３．２５〜９：１、１：３〜９：１、１：２．９〜９：１、１：２〜９：１、１．１５〜９：１、１：１〜９：１および１：０．９〜９：１の範囲の比率にあることがさらに開示される。
【００１９】
原料と接触させる溶媒の重量と接触の瞬間における原料の重量の比率が、１：９９〜９９：１、１０：９０〜９０：１０、２０：８０〜９０：１０、３０：７０〜９０：１０、４０：６０〜９０：１０、５０：５０〜９０：１０および６０：４０〜９０：１０の範囲のいずれか１つであり得ることがさらに開示される。
【００２０】
触媒が、酵素を含み、酵素が、バイオマス中の化合物を、糖または低分子量糖ポリマーに変換できることがさらに開示される。
【００２１】
酵素が、セルロースを好ましくはグルコースに加水分解できることがさらに開示される。
【００２２】
方法が、バッチプロセスであり、ここで、原料を導入する前、導入と同時または導入した後に触媒組成物が容器に導入され、原料および溶媒が、容器中に、上記の温度範囲にて上記の量の時間維持され、原料と溶媒と触媒とを容器中に、上記の温度範囲にて上記の量の時間維持した後に、ある重量の加水分解生成物が容器から除去され、ここで、除去される加水分解生成物の該重量は、原料の重量＋導入された触媒組成物＋容器中に導入された溶媒以外の全てのその他の物質の重量と実質的に等しいことがさらに開示される。方法は、予め加水分解されたバッチからの第２溶媒流れも含有できる。生成物の除去は、完全であり得るか、または容器中に生成物の一部分が残ることができる。
【００２３】
方法が、連続プロセスであり、ここで、第１原料流れでない少なくとも１つの原料流れの原料と、第１溶媒流れの溶媒とが、溶媒流れを既に含有する容器中に連続的に導入され、触媒組成物が、該容器中に連続的に導入され、加水分解生成物が、該容器から連続的に除去され、ここで、ある特定の量の時間中に除去される加水分解生成物の重量が、原料の重量＋触媒組成物＋該特定の量の時間中に容器に導入される溶媒以外の全てのその他の物質の重量に等しいことがさらに開示される。
【００２４】
方法が、生成物溶媒流れの再循環ループに基づく予備混合ステップを有することができ、ここで、溶媒の一部分が、容器に導入される前に原料の少なくとも一部分と混合され、原料に対する溶媒の全ての比率が、容器中の溶媒の量＋原料流れの少なくとも一部分と混合される任意の溶媒の量である溶媒の全量に基づくことがさらに開示される。
【００２５】
固体が、加水分解流れから分離され、固体が、所望により、加水分解容器中に再循環されることがさらに開示される。固体が、加水分解容器に加える前にパージされてもよいか、または加水分解容器に全く加えられないことが開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】連続加水分解プロセスの模式図である。
【図２】再循環ループを含む連続加水分解プロセスの模式図である。
【図３】プラグ流れ連続プロセスの模式図である。
【図４】バッチ加水分解プロセスの模式図である。
【図５】過剰の触媒を用いる処理を示す改良方法のある実施形態の模式図である。
【図６】実験を行うために用いた装置のタイプを示す。
【図７】加水分解生成物中の固体の分離を含む連続加水分解プロセスの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本方法は、セルロースの酵素加水分解が、非常に迅速に起こり、よって、加水分解を、バイオマスからの既に加水分解された生成物の実質的な量の存在下で行う場合に、所望によりせん断および過剰の水を回避できるという発見を利用する。このようにすることにおいて、従業者は、特別な混合機および従来技術の提案において記載される混合の高いコストの使用を回避し得る。
【００２８】
方法は、原料の選択から開始する。原料は、乾燥含有物と水を有するバイオマスを含む。通常、水は自由水ではないが、バイオマス自体に吸収された水である。このバイオマスは、その乾燥含量（水でない）に従ってしばしば表される。２０％の乾燥含量バイオマスは、８０％の水と２０％の水でないもの、またはそうでなければ固体含有物を有するバイオマスに相当する。バイオマスおよび水との用語は、バイオマスの乾燥含有物＋吸収された水と自由水と加えられ得る水である。例えば、２０％乾燥含量の１００ｋｇのバイオマスについて、バイオマス＋水の量は１００ｋｇである。２０％乾燥含量の１００ｋｇのバイオマス＋１０ｋｇの水について、バイオマス＋水の量は１１０ｋｇである。
【００２９】
記載される方法は、バイオマスの原料と水を利用できると考えられ、ここで、原料の水に対する乾物含量は、好ましくは１５〜８０％、２０〜８０％または２１〜８０％、好ましくは２５〜７０％または２６〜７０％、より好ましくは２５〜６０％または２６〜６０％、さらにより好ましくは２５〜５０％または２６〜５０％または２５〜４０％または２６％〜４０％、および最も好ましくは２５〜３５％または２６〜３５％または２６〜３４％または３１％〜４９％である。
【００３０】
これは、代わりに、最小乾燥含量として、すなわち原料中の水に対する乾燥含有物の重量パーセントとして表すことができる。これは、少なくとも１８重量パーセント乾燥含量、少なくとも２１または２０重量パーセント乾燥含量、好ましくは少なくとも２５重量パーセント乾燥含量、より好ましくは少なくとも３０重量パーセント乾燥含量、および最も好ましくは少なくとも４０重量パーセント乾燥含量に相当する。これらの含量の上限は定義により１００％であるが、実際は、これらの含量について、これらを範囲で表すならば、８０重量パーセントが上限である。
【００３１】
本明細書に記載される方法は、ほぼ１００％の乾燥含量を取り扱うことができると考えられる。もちろん、いくらかの水は、加水分解反応に必須であることが認識される。
【００３２】
よって、本発明に適する範囲は、１８％、２０％、２１％、２５％、２６％、３０％、３１％、３５％、３６％、４０％、５０％、６０％および８０％より大きく、各下限について上限が８０％、９０％の乾燥含量を有するバイオマスである。
【００３３】
バイオマスの繊維および粒子のサイズの好ましい分布は、０〜１５０ｍｍ、好ましくは５〜１２５ｍｍ、より好ましくは１０〜１００ｍｍ、さらにより好ましくは１５〜３０から９０ｍｍまたは２０〜８０ｍｍ、および最も好ましくは２６〜７０ｍｍの範囲を含み得る。
【００３４】
繊維および粒子のサイズの好ましい分布は、好ましい間隔内で変化するバイオマスの少なくとも２０％（ｗ／ｗ）と定義される。
【００３５】
本方法の利点は、該方法を、硫酸、塩酸、リン酸などまたはそれらの混合物からなる群より好ましくは選択される無機酸を加えることなく、または炭素、２〜６炭素原子のセトンおよびアセトンならびにそれらの混合物、メタノール、エタノールからなる群から選択されるもののようなリグニン可溶化有機溶媒を用いることなく行うことができることである。
【００３６】
別の利点は、この反応を、大気圧にて行うことができることである。代わりに、反応を、酵素を用いるかまたは用いずに、１００℃〜２００℃の範囲の温度に伴う圧力にて行うことができるように、温度を上昇させることができると考えられる。
【００３７】
植物バイオマスは、好ましい原料である。デンプン以外に、植物バイオマスの主要な３つの構成成分は、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンであり、これらは、包括的な用語でリグノセルロースと一般的によばれる。多糖含有バイオマスは、デンプンおよびリグノセルロースバイオマスの両方を含む包括的な用語である。よって、いくつかのタイプの原料は、植物バイオマス、多糖含有バイオマスおよびリグノセルロースバイオマスであり得る。明確にすると、本明細書において、リグノセルロースバイオマスは、デンプンを含んでよいか、または含まなくてよい。
【００３８】
本方法は、リグノセルロース原料が、乾燥含有物の５重量％より高いセルロースを含有する第２世代加水分解生成を主に目的とする。乾燥含有物の５重量％が好ましい量であるが、さらにより好ましい量は、原料の乾燥含有物の１０重量％より高いセルロース含量であり、原料の乾燥含有物の少なくとも１５重量％より高いことが最も好ましい。
【００３９】
原料は、デンプンを含まないか、デンプンを実質的に含まないか、またはデンプン含量が０であることができる。存在するならばデンプンは、乾燥含有物の７５重量％未満であり得る。その存在は、セルロースの加水分解に影響するとは考えられないので、デンプンの好ましい範囲はない。存在するならばデンプンの量の範囲は、乾燥含有物の０〜７５重量％、乾燥含有物の０〜５０重量％、乾燥含有物の０〜３０重量％および乾燥含有物の０〜２５重量％である。
【００４０】
前処理をしばしば用いて、含有リグノセルロースの構造に酵素のような触媒がより近づきやすくなり、同時に、酢酸、フルフラールおよびヒドロキシメチルフルフラールのような有害な阻害性副生成物の濃度が実質的に低いままであることを確実にする。
【００４１】
近づきやすさを増加させるためのいくつかのストラテジーがあり、これらの多くはまだ発明されていない場合がある。現在のストラテジーは、リグノセルロース性物質を、１１０〜２５０℃の温度に１〜６０分間供することを含み、例えば以下のとおりである：
熱水抽出
阻害性物質が形成される前に、可溶化された物質を除去する多段希酸加水分解
比較的低い厳しさの条件での希酸加水分解
アルカリ湿潤酸化
水蒸気爆砕
無毒化が後に続くほぼ全ての前処理
【００４２】
熱水前処理が選択される場合、以下の条件が好ましい：
前処理温度：１１０〜２５０℃、好ましくは１２０〜２４０℃、より好ましくは１３０〜２３０℃、より好ましくは１４０〜２２０℃、より好ましくは１５０〜２１０℃、より好ましくは１６０〜２００℃、さらにより好ましくは１７０〜２００℃または最も好ましくは１８０〜２００℃。
前処理時間：１〜６０分、好ましくは２〜５５分、より好ましくは３〜５０分、より好ましくは４〜４５分、より好ましくは５〜４０分、より好ましくは５〜３５分、より好ましくは５〜３０分、より好ましくは５〜２５分、より好ましくは５〜２０分および最も好ましくは５〜１５分。
【００４３】
前処理後の乾物含量は、好ましくは少なくとも２０％（ｗ／ｗ）である。その他の好ましい上限は、以下で考察される。
【００４４】
本発明による多糖含有バイオマスは、例えばデンプンならびに精製デンプン、セルロースおよびヘミセルロースの形態の重合糖を含む任意の物質を含む。しかし、上記のように、デンプンは、主な成分でない。
【００４５】
本発明による加水分解および混合のための適切なタイプのバイオマスは、例えば穀粒；トウモロコシの茎と葉、バガス、例えばコメ、コムギ、ライムギ、オーツ麦、オオムギ、ナタネ、モロコシからのわら；塊茎、例えばビート、ジャガイモなどを含む農作物に由来するバイオマスを含み得る。
【００４６】
リグノセルロースバイオマス原料は、好ましくは、通常、禾本とよばれる科からである。正式名称は、顕花植物のユリ綱（Ｌｉｌｉｏｐｓｉｄａ）（単子葉植物）の中のイネ科（ＰｏａｃｅａｅまたはＧｒａｍｉｎｅａｅ）として知られる科である。この科の植物は、通常、禾本とよばれ、竹を含む。約６００の属、およびおよそ９，０００〜１０，０００以上の種の禾本が存在する（Ｋｅｗ  Ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  Ｗｏｒｌｄ  Ｇｒａｓｓ  Ｓｐｅｃｉｅｓ）。
【００４７】
イネ科は、世界中で成長する主要食物穀粒および穀類作物、芝生および飼草ならびに竹を含む。イネ科は、通常、稈とよばれる中空の茎を有し、これは、そこから葉が生じる稈に沿った節とよばれる点でところどころが詰まって（中実）いる。禾本の葉は、通常、互生、対生（１つの平面で）または希にらせん状であり、平行脈である。それぞれの葉は、ある距離で茎を抱え込む下部葉鞘と、葉縁が通常は全縁の葉身とに分化する。多くの禾本の葉の葉身は、シリカ植物化石で堅くなっており、これが、草食動物を遠ざける助けとなる。いくつかの禾本（例えばソードグラス）において、これは、禾本の葉身の縁を、ヒトの皮膚を切断するのに十分な程度に鋭くする。葉舌とよばれる膜状付属体または毛のふさは、葉鞘と葉身との間の接合部にあり、水または昆虫が葉鞘に浸透するのを防ぐ。
【００４８】
禾本の葉身は、葉身の基部で成長するのであって、伸長した茎の先端からでない。この低い成長点は、草食動物に応答して進化したものであり、植物に著しい損傷を与えることなく、禾本を草食するかまたは定期的に刈ることが可能になる。
【００４９】
イネ科の花は、特徴的には小穂に配置され、各小穂は、１または複数の小花を有する（小穂は、円錐花序または穂状花序にさらに分類される）。小穂は、基部の頴とよばれる２つ（または時により少ない）の包葉と、それに続く１または複数の小花とからなる。小花は、外頴（外側のもの）と内頴（内側）とよばれる２つの包葉で囲まれた花からなる。花は、通常、雌雄同花（雌雄同株であるトウモロコシは例外である）であり、受粉は、ほとんど常に風媒である。花被は、鱗被とよばれる２つの芽鱗に変形し、これらが伸縮して外頴および内頴を広げる。これらは、通常、変形萼片と解釈される。この複雑な構造は、コムギ（トリチカム・エスチバム（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ  ａｅｓｔｉｖｕｍ））の穂状花序を描いた左側の画像で見ることができる。
【００５０】
イネ科の果実は、種皮が果皮と融合した、すなわち分けることができない（トウモロコシの穀粒のように）頴果である。
【００５１】
禾本には、３つの全般的な成長習性の分類、すなわち束型（群生ともいう）、葡萄枝型および根茎型が存在する。
【００５２】
禾本の成果は、部分的にその形態および成長プロセスに、そして部分的にその生理的多様性にある。ほとんどの禾本は、炭素固定のためにＣ３およびＣ４光合成経路を用いる２つの生理的な群に分けられる。Ｃ４禾本は、専門化された葉のクランツ構造と連結された光合成経路を有し、この構造が、特に暑い気候および低い二酸化炭素の雰囲気にそれらを適合させる。
【００５３】
Ｃ３禾本は「寒冷期禾本」とよばれ、Ｃ４植物は「温暖期禾本」とみなされる。禾本は、一年生または多年生のいずれかであり得る。一年生の寒冷期の例は、コムギ、ライムギ、一年生ブルーグラス（一年生メドウグラス、ポア・アニュア（Ｐｏａ  ａｎｎｕａ）およびオーツ麦）である。多年生の寒冷期の例は、オーチャードグラス（カモガヤ、ダクティリス・グロメラータ（Ｄａｃｔｙｌｉｓ  ｇｌｏｍｅｒａｔａ））、ウシノケグサ（フェストゥーカ属種（Ｆｅｓｔｕｃａ  ｓｐｐ））、ケンタッキーブルーグラスおよびペレニアルライグラス（ロリウム・ペレンネ（Ｌｏｌｉｕｍ  ｐｅｒｅｎｎｅ））である。一年生温暖期の例は、トウモロコシ、スーダングラスおよびパールミレットである。多年生温暖期の例は、ビッグブルーステム、インディアングラス、バミューダグラスおよびスイッチグラスである。
【００５４】
禾本科のある分類は、１２の亜科を認定している。これらは、１）２つの属（アノモクロア（Ａｎｏｍｏｃｈｌｏａ）、ストレプトケタ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｈａｅｔａ））を含む広葉禾本の小さい系統であるアノモクロオイデ（ａｎｏｍｏｃｈｌｏｏｉｄｅａｅ）；２）ファルス（Ｐｈａｒｕｓ）およびレプタスピス（Ｌｅｐｔａｓｐｉｓ）を含む３つの属を含む小さい系統であるファロイデ（Ｐｈａｒｏｉｄｅａｅ）；３）アフリカの属であるプエリア（Ｐｕｅｌｉａ）を含む小さい系統であるプエリオイデ（Ｐｕｅｌｉｏｉｄｅａｅ）；４）コムギ、オオムギ、オーツ麦、スズメノチャヒキ（ブロナス（Ｂｒｏｎｎｕｓ））およびリードグラス（カラマグロスティス（Ｃａｌａｍａｇｒｏｓｔｉｓ））を含むプーイデ（Ｐｏｏｉｄｅａｅ）；５）竹を含むバンブソイデ（Ｂａｍｂｕｓｏｉｄｅａｅ）；６）コメおよびワイルドライスを含むエールハルトイデ（Ｅｈｒｈａｒｔｏｉｄｅａｅ）；７）ジャイアントリードおよびコモンリードを含むアルンディノイデ（Ａｒｕｎｄｉｎｏｉｄｅａｅ）、８）パニコイデ（Ｐａｎｉｃｏｉｄｅａｅ）に時に含まれる１１の属の小さい亜科であるセントテコイデ（Ｃｅｎｔｏｔｈｅｃｏｉｄｅａｅ）；９）カゼクサ（エラグロスティス（Ｅｒａｇｒｏｓｔｉｓ）、およそ３５０種、テフを含む）、ドロップシード（スポロボラス（Ｓｐｏｒｏｂｏｌｕｓ）、１６０あまりの種）、シコクビエ（Ｅｌｅｕｓｉｎｅ  ｃｏｒａｃａｎａ（Ｌ．）Ｇａｅｒｔｎ．）およびミューレンベルギアリンドハイメリ（ミューレンベルギア（Ｍｕｈｌｅｎｂｅｒｇｉａ）、およそ１７５種）を含むクロリドイデ（Ｃｈｌｏｒｉｄｏｉｄｅａｅ）；１０）パニックグラス、トウモロコシ、モロコシ、サトウキビ、ほとんどのキビ、フォニオおよびウシクサを含むパニコイデ、１１）ミクライロイデ（Ｍｉｃｒａｉｒｏｉｄｅａｅ）；１２）約５００種の禾本の属であり、両半球の温度領域の原産であるポア（Ｐｏａ）とともにパンパスグラスを含むダントニオディエ（Ｄａｎｔｈｏｎｉｏｄｉｅａｅ）である。
【００５５】
食用の種子のために成長させる農芸禾本は、穀類とよばれる。３つの一般的な穀類は、コメ、コムギおよびトウモロコシ（ｍａｉｚｅ）（トウモロコシ（ｃｏｒｎ））である。全ての作物のうちで、７０％が禾本である。
【００５６】
サトウキビは、砂糖製造の主要な供給源である。禾本は、建設のために用いられる。竹で作製された足場は、鋼鉄足場を破壊し得る台風の力の風に耐えることができる。より大きい竹およびアルンド・ドナックス（Ａｒｕｎｄｏ  ｄｏｎａｘ）は、丈夫な稈を有し、これは材木と同様の様式で用いることができ、禾本の根は、芝土の家の芝土を安定化する。アルンドは、木管楽器のリードを作製するために用いられ、竹は、多数の器具のために用いられる。
【００５７】
よって、好ましいリグノセルロースバイオマスは、禾本からなる群より選択される。言い換えると、好ましいリグノセルロースバイオマスは、イネ科に属する植物からなる群より選択される。最も即時において、デンプンは抽出されない。よって、別の好ましいリグノセルロースバイオマスは、デンプンが抽出されていない禾本からなる群より選択されるものである。言い換えると、好ましいリグノセルロースバイオマスは、そのデンプンが抽出されていないイネ科に属する植物からなる群より選択される。抽出は、除去とは異なる。トウモロコシ植物は、雌穂および茎と葉を有する。雌穂の除去は、主なデンプン成分を除去するが、デンプンを抽出しない。デンプンの抽出は、デンプンを、セルロース性デンプン構成物から、切断または裁断以外の化学的または物理的プロセスにより分離する。
【００５８】
リグノセルロースバイオマスは、小片に切断してよく、ここで、バイオマスの２０％（ｗ／ｗ）が、前処理の前に好ましくは２６〜７０ｍｍの範囲である。前処理された物質は、方法に入る前に２０％を超える乾物含量を有することが好ましい。バイオマスから炭水化物を遊離させる他に、前処理の方法は、バイオマスを消毒し、部分的に溶解し、同時に、リグニン画分から塩化カリウムを洗い流す。
【００５９】
バイオマスは、バイオマスの加水分解から得ることができる水溶性化学種に加水分解可能ないくつかの化合物を含有する。セルロースの水溶性加水分解種の場合、セルロースは、グルコース、セロビオースおよび高級グルコースポリマーに加水分解でき、ダイマーおよびオリゴマーを含む。よって、セルロースのいくつかの水溶性加水分解種は、グルコース、セロビオースおよび高級グルコースポリマーであり、それらのそれぞれのダイマーおよびオリゴマーを含む。セルロースは、炭水化物分解性セルラーゼによりグルコースに加水分解される。ゆえに、炭水化物分解性セルラーゼは、セルロースの加水分解のための触媒の例である。
【００６０】
セルロース分解系の一般的な理解は、セルラーゼを３つのクラス、すなわちセルロース鎖の末端からセロビオース単位を切り出すエキソ−１，４−β−Ｄ−グルカナーゼまたはセロビオヒドロラーゼ（ＣＢＨ）（ＥＣ３．２．１．９１）、セルロース鎖の内部のβ−１，４−グルコース結合を無作為に加水分解するエンド−１，４−β−Ｄ−グルカナーゼ（ＥＧ）（ＥＣ３．２．１．４）、セロビオースをグルコースに加水分解し、セロオリゴ糖からグルコース単位を切り出す１，４−β−Ｄ−グルコシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２１）に分ける。よって、バイオマスがセルロースを含有するならば、グルコースが、バイオマスの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種であり、上記のセルラーゼは、実験部分に記載するものとともに、セルロースの加水分解のための触媒の具体例である。
【００６１】
同様の分析により、ヘミセルロースの加水分解生成物は、もちろんバイオマスがヘミセルロースを含有すると仮定して、バイオマスの加水分解から得ることができる水溶性化学種である。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、グルコマンナンおよびキシログルカンを含む。ヘミセルロース中の異なる糖は、ヘミセルラーゼにより遊離される。ヘミセルロース分解系は、ヘミセルロースの不均質な性質のために、セルロース分解系よりも複雑である。この系は、なかでも、キシラン鎖の内部の結合を加水分解するエンド−１，４−β−Ｄ−キシラナーゼ（ＥＣ３．２．１．８）、非還元末端からキシロオリゴ糖を攻撃してキシロースを遊離させる１，４−β−Ｄ−キシロシダーゼ（ＥＣ３．２．１．３７）、内部の結合を切断するエンド−１，４−β−Ｄ−マンナナーゼ（ＥＣ３．２．１．７８）、マンノオリゴ糖をマンノースに切断する１，４−β−Ｄ−マンノシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２５）を含み得る。側鎖は、α−Ｄ−ガラクトシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２２）、α−Ｌ−アラビノフラノシダーゼ（ＥＣ３．２．１．５５）、α−Ｄ−グルクロニダーゼ（ＥＣ３．２．１．１３９）、シンナモイルエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．−）、アセチルキシランエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．６）およびフルロイルエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．７３）のようないくつかの酵素により除去される。よって、バイオマスがヘミセルロースを含有するならば、キシロースおよびマンノースが、ヘミセルロース含有バイオマスの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種の例であり、上記のヘミセルラーゼが、実験部分に記載するものとともに、ヘミセルロースの加水分解のための触媒の具体例である。
【００６２】
方法には、触媒組成物が含まれる。触媒組成物は、触媒と、担体と、方法に触媒を導入するために用いられるその他の添加物／成分とからなる。上記のように、触媒は、バイオマス中の化合物の少なくとも１つを、より低い分子量の１または複数の化合物まで、すなわちバイオマス中の化合物を形成するために用いられる基本的な糖または炭水化物（およびそれらを含むもの）にまで変換する少なくとも１つの酵素または微生物を含んでよい。セルロース、ヘミセルロースおよびデンプンのような種々の多糖類についてこのことを行うことができる酵素は、当該技術において公知であり、まだ発明されていないものを含む。
【００６３】
触媒組成物は、硫酸、塩酸、リン酸などまたはその混合物からなる群より好ましくは選択される無機酸も含んでよい。無機酸は、１００℃より高い温度での加工に有用であると考えられる。方法は、特に無機酸を加えずに行うこともできる。
【００６４】
触媒を、方法に、水または有機ベースの物質のような担体とともに加えることが典型的である。物質収支の目的のために、よって、触媒組成物との用語は、触媒（複数可）＋方法に触媒（複数可）を加えるために用いられる担体（複数可）を含む。ｐＨ緩衝剤を触媒とともに加える場合、これも触媒組成物の一部分である。
【００６５】
リグノセルロースバイオマスは、しばしばデンプンを含有する。デンプン加水分解のために用いられるより重要な酵素は、アルファ−アミラーゼ（１，４−α−Ｄ−グルカングルカノヒドロラーゼ（ＥＣ３．２．１．１））である。これらは、１，４−α−Ｄ−グルコシド結合を切断し、１，６−α−Ｄ−グルコシド分岐点を迂回できるがこれを加水分解できないエンド作用型ヒドロラーゼである。しかし、ベータ−アミラーゼ（ＥＣ３．２．１．２）およびプルラナーゼ（ＥＣ３．２．１．４１）のようなエキソ作用型グルコアミラーゼも、デンプン加水分解のために用いることができる。デンプン加水分解の結果は、主に、グルコース、マルトース、マルトトリオース、α−デキストリンおよび種々の量のオリゴ糖である。デンプンに基づく加水分解物を発酵のために用いる場合、タンパク質分解酵素を加えることが有利であり得る。このような酵素は、微生物の凝集を妨げ、微生物に利用可能なアミノ酸を生じ得る。よって、バイオマスがデンプンを含有する場合、グルコース、マルトース、マルトトリオース、α−デキストリンおよびオリゴ糖が、デンプン含有バイオマスの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種の例であり、上記のアルファ−アミラーゼが、実験部分に記載するものとともに、デンプンの加水分解のための触媒の具体例である。
【００６６】
加水分解は、図１〜４に具体化する溶媒接触プロセスを用いることができるが、効率および加水分解速度が改良された好ましい実施形態は、新鮮な触媒を用いることにより実質的に改良できる。経時的に、実施形態１、２、３および４における触媒組成物中の触媒の一部分は、経時的に分解されると考えられる。
【００６７】
図５で提案する方法は、バイオマス３、流れ１を、少なくとも２つの流れに分割するかまたは分配し、第１原料流れ１ａは、容器１５中で、所望により溶媒プロセスを用いずに、流れ２により触媒組成物に導入された過剰量の触媒を用いて加水分解される。第１原料流れ１ａを、流れ２中の過剰の触媒の存在下で加水分解した後に、加水分解生成物４は、容器１５から除去され、第１溶媒流れの溶媒として知られる。第１溶媒流れ４は、次いで、原料流れ１ｂ中の残りの原料の少なくとも一部分と併合され、溶媒加水分解プロセスが容器１６中で開始される。容器１６は、図１の容器１０、図２の容器１０または１１、図３の容器１２および図４の容器１３のいずれかに相当し得る。加水分解生成物６は、容器から流れ５として除去される。
【００６８】
第１原料流れを処理するために必要な触媒の量は、原料中のバイオマスのタイプおよび選択される触媒または酵素（複数可）に大きく依存する。よって、触媒の量の最もよい表現は、所定の重量のバイオマス中の加水分解可能成分の１００％を分解するために必要な量に基づく。
【００６９】
第１原料流れに必要な触媒の量は、第１原料流れの１００％を加水分解するために必要な触媒の最少量〜全ての原料流れの１００％を加水分解するために必要な量の２倍の範囲にある。
【００７０】
これは、乾物（ＤＭ）１ｇあたりの濾紙単位（ＦＰＵ）で表すこともできる。ＦＰＵは、ＮＲＥＬ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２８、２００８年１月）に従って測定され、定義される。この方法は、工業規格を用い、元の（希釈していない）酵素溶液１ミリリットルあたりの「濾紙単位」（ＦＰＵ）の点でセルロース活性を測定する。定量的な結果のために、酵素調製物は、意味のある等価な変換に基づいて比較されなければならない。所定の酵素についての１濾紙単位は、グルコースとしての還元糖２．０ｍｇを、５０℃にて６０分間でＷｈａｔｍａｎ第１号濾紙片からの５０ｍｇの濾紙から（４％変換）遊離するために必要な酵素の量であり、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（ＩＵＰＡＣ）ガイドラインによる濾紙セルロース単位（ＦＰＵ）を算出するための切片とよばれている。プロセスのいずれかについての触媒活性は、原則として、乾物１ｇあたり０．００１〜１５０ＦＰＵ、好ましくは乾物１ｇあたり０．００１〜２５ＦＰＵ／、好ましくは乾物１ｇあたり０．０１〜２０ＦＰＵ、より好ましくは乾物１ｇあたり０．２〜１６ＦＰＵ、より好ましくは乾物１ｇあたり２〜３０ＦＰＵ、および最も好ましくは乾物１ｇあたり４〜２５ＦＰＵに相当する酵素活性まで上昇させる微生物の添加を含む任意の考えられる形態で供給できる。
【００７１】
図５の加水分解ステップにおいて（容器１５）、第１原料流れに加える触媒または酵素の量は、全ての原料流れの乾物１ｇあたり０．００１〜１５０ＦＰＵ、好ましくは全ての原料流れの乾物１ｇあたり０．００１〜１５ＦＰＵ、好ましくは全ての原料流れの乾物１ｇあたり０．０１〜３０ＦＰＵ、より好ましくは全ての原料流れの乾物１ｇあたり０．１〜３０ＦＰＵ、より好ましくは全ての原料流れの乾物１ｇあたり１〜２５ＦＰＵ、および最も好ましくは全ての原料流れの乾物１ｇあたり２０ＦＰＵ未満であるが、全ての原料流れの乾物１ｇあたり０．１ＦＰＵより大きい範囲にある。ＦＰＵの分析は公知であるが、この場合に、触媒の量を、原料の全量で除し、次いで、その濃度が範囲内のＦＰＵを有するかを決定する。代わりに、触媒濃度のＦＰＵが既知であれば、所定の量の原料のために必要とされるＦＰＵを達成するために十分な触媒を加える。第１原料流れを触媒で加水分解した後に、加水分解物質は、第１溶媒流れとして知られるようになる。第２溶媒流れは、全ての原料流れの液化加水分解された物質であり、第１溶媒流れ＋第１原料流れでない加水分解された物質を含む。全ての溶媒流れとの用語は、溶媒として用いられ、未反応バイオマスと接触する液化流れの全てを含む。
【００７２】
以下に記載される第１溶媒流れは、次いで、残りの原料流れの加水分解のための溶媒として用いることができる。残りの原料流れは、次いで、第１溶媒流れを容器に導入する前、導入した後または導入と同時に、加水分解容器中に導入できる。方法１、２、３および４は、残りの原料流れ（第１原料流れでない流れ）を加水分解するために用いることができるいくつかのタイプの方法である。
【００７３】
第１溶媒流れは、１回使用されただけの触媒を過剰に有するので、残りの流れをよりよく加水分解すると考えられる。なぜなら、残りの原料流れは、図５に示す方法の予備ステップを用いることなく図１〜４に示すプロセスにおいて用いるよりも新鮮な触媒とその後接触するからである。
【００７４】
実験第５号に示すように、原料を２つの部分に分け、第１部分は、２つの部分を一緒に処理する場合に用いられる量の触媒で処理される。
【００７５】
全ての方法において、ｐＨを、３〜１２、例えば５〜１０、例えば６〜９、例えば７〜８および好ましくは４〜１１の範囲の酵素触媒活性のために最適な条件に制御することも一般的である。
【００７６】
高い乾燥含量のために、特別の反応器が、容器１５における加水分解のために必要な場合がある。適切であると考えられる反応器は、特許文献５に見出すことができ、本開示の発明の目的である。
【００７７】
方法は、溶媒流れからの溶媒も用いる。単純な用語では、水不溶性物質を除く溶媒の組成は、バイオマスの加水分解後の組成生成物と全く同じでないとしても同様のものである。ほとんどの場合、溶媒は、加水分解後のバイオマス原料から得られる加水分解物を含み、酵素、緩衝剤および加水分解反応に加えられたその他のもの全てを含む。
【００７８】
溶媒は加水分解されたバイオマスであるが、溶媒は、原料に加えられ、これは、原料により創出されない。例えば、図４のバッチプロセスにおいて、溶媒タイプ物質の量は、原料が加水分解されるにつれて増加し、これは、溶媒中の溶媒に加えられるが、原料に対する溶媒の比率を算出する目的のための溶媒の一部分として考慮されず、該比率は、図４の場合において、原料が容器に入り、溶媒と接触する場合に算出される。
【００７９】
実際に、溶媒流れのための溶媒は、一般的に、予め加水分解されたバイオマスに由来する。例えば、加水分解物を酵素、緩衝剤、不溶性物質などから分離する場合、加水分解物は、溶媒である。溶媒流れは、水溶性加水分解種を含み、ここで、水溶性加水分解種の少なくともいくらかは、バイオマス原料の加水分解から得ることができるかまたは得ることができた水溶性加水分解種と同じである。例えば、図４のバッチプロセスを操作する好ましい形態は、バッチの一部分を容器内に維持して、その後の投入のための溶媒として用いる。連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）のような連続プロセスにおいて、溶媒は、定常的に利用可能である。
【００８０】
連続反応器において、原料および触媒が容器に連続的に導入され、生成物が連続的に除去されることが公知である。しかし、この連続的とは、開始および停止がないことを常に意味するわけではなく、例えば定常的な滴下が連続供給と考えられるが、これは、供給が連続的でない瞬間があるので、厳密な連続供給ではない。よって、連続反応器の関係において、連続的との言い回しは、供給と生成物とがそれぞれ経時的に断続的に導入または回収されることができることを意味し、同時に供給および回収される必要はない。
【００８１】
実験部分に記載されるように、高い乾燥含量バイオマスを溶媒の一部分に入れた場合に、溶解および加水分解が非常に早く、実際に目に見える。
【００８２】
溶媒流れと溶媒は、よって、水および水溶性加水分解種を含む。水溶性加水分解種の全てではないにしても少なくともいくらかは、原料組成物中のバイオマスの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種と同じである。溶媒が分散固体と称することができる溶解されていない種を含有するので、物質収支の目的のために、ある項目が特に除外されない限り、溶媒および溶媒流れとの用語は、組成および重量の両方での物質の全量のことをいい、水溶性化学種および水不溶性化学種、触媒、担体、ｐＨ緩衝剤、反応中に加えられる酸または塩基のようなｐＨ制御化合物、ならびに溶媒中に存在するその他の化合物のことをいう。
【００８３】
方法は、原料と溶媒とを一緒にするときと定義される接触の瞬間を含む。図４に示すようなバッチプロセスにおいて、この接触の瞬間は、原料流れ３が容器１３にライン１を通して入り、容器の底の溶媒流れ４と接触するときに生じる。
【００８４】
接触に対する触媒組成物を加える点は、あまり重要でない。これは、原料流れに、原料と溶媒との接触の瞬間の前に加えることができる。これは、原料と溶媒との接触の瞬間と同時に加えることができるか、またはこれは、原料と溶媒との接触の瞬間の後に加えることができる。これは、溶媒流れに、原料流れを溶媒流れに加える前に加えることもできる。これは、分配して、接触の瞬間に対する３段階のいずれの組み合わせ中においても加えることもできる。
【００８５】
加えられる触媒の量は、当該技術から容易に確立され、バイオマスの組成に依存するバイオマス中の乾燥含有物の量あたりの触媒の量に基づいて加えられる。
【００８６】
方法によると、原料、溶媒および触媒組成物ならびにｐＨ緩衝剤および反応全体にわたってｐＨを制御するために用いられる酸／塩基のようなその他の物質は、好ましくは、２０℃〜１００℃の範囲内、およびより好ましくは２０℃〜９９℃の範囲の温度に維持され、２０℃〜９５℃が最も好ましい。この温度は、触媒される反応、例えばバイオマス中の物質の、より低い分子量の化合物、例えば加水分解物への加水分解についての最良の温度に基づく。
【００８７】
圧力が役割を有し、反応は、１００℃〜２００℃の温度に伴う圧力にて酵素もしくは酸触媒を用いてまたは用いずに働き得ることも可能であると考えられる。
【００８８】
よって、方法について考えられる最大の操作範囲は、２０℃〜２００℃である。
【００８９】
本方法の利点は、該方法を、硫酸、塩酸、リン酸などまたはそれらの混合物からなる群より好ましくは選択される無機酸を加えることなく、または炭素、２〜６炭素原子のセトンおよびアセトンならびにそれらの混合物、メタノール、エタノールからなる群から選択されるもののようなリグニン可溶化有機溶媒を加えることなく行うことができることである。
【００９０】
反応は、所望の終点に到達するまでの期間継続される。この期間は、滞留時間または反応時間として知られる。５分〜８時間が好ましい範囲であり得るが、その他の好ましい滞留時間は、５分〜１６時間、５分〜２４時間、５分〜３６時間、５分〜４８時間、５分〜６０時間および５分〜７２時間である。
【００９１】
滞留時間は、値の範囲にわたることができる。例えば、滞留時間は、８時間より長く７２時間未満が好ましい範囲であり得、８時間より長く６０時間未満が別の好ましい範囲であり、８時間より長く４８時間未満が別の好ましい範囲であり、８時間より長く３６時間未満が別の好ましい範囲であり、８時間より長く２４時間未満が別の好ましい範囲である。
【００９２】
滞留時間は、所望の終点に到達するまでにかかる時間として関数の様式で確立してもよい。この場合、所望の終点は、加水分解のために利用可能なバイオマスのパーセントとして表してもよい。例えば、１００ｋｇのバイオマス原料が、８０ｋｇの加水分解のために利用可能なバイオマスを有する場合、好ましくは、加水分解のために利用可能なバイオマスの４５％が加水分解されたか、またはより好ましくは加水分解のために利用可能なバイオマスの５５％に到達したか、またはさらにより好ましくは加水分解のために利用可能なバイオマスの６５％に到達した場合に、所望の終点に到達する。
【００９３】
所望の反応時間が完了した後に、得られた加水分解生成物（加水分解物）を容器から除去して、さらに加工する。
【００９４】
図４に示すバッチプロセスにおいて、加水分解生成物６の量を、容器の底から除去し、さらなる加工のために第２容器１４に入れる。容器１３から除去する量は、一般的に、容器に導入した物質の量と同じであり、よって、第１容器中に、さらに別のバッチの原料および触媒組成物と接触させるために溶媒を残す。しかし、ある実施形態において、容器１３を完全に空にして、原料および溶媒を、同時またはほぼ同時に容器に加える。
【００９５】
図４に示すように、バイオマスおよび水を含む原料流れ３は、供給ライン１を通してバッチ撹拌タンク反応器１３に供給される。触媒（複数可）を含有する触媒組成物は、供給ライン２を通して反応器１３に供給される。相３中の原料および触媒組成物は、溶媒相４と接触し、漸進的に加水分解される。３つの異なる相として示すが、これらの相は、実際は、容器全体にわたって混合物として存在する。所望の量の時間または滞留時間または反応時間の後に、液体加水分解物または加水分解の生成物または加水分解生成物は、生成物ライン５を通してバルブ２０を通して反応器から回収され、同時の糖化および発酵のために用いることができる容器１４に供給される。液体加水分解物は、完全に液体でなくてよいが、まだ加水分解されていないいくらかの固体および加水分解不可能ないくらかの固体を含んでよい。除去される生成物の量は、容器１３に導入された原料流れおよび触媒組成物の量とほぼ等しい。容器１３と１４の間の点線は、除去され容器１４に入れられた量が、ほぼ相３のもの、すなわち容器（相３）に導入された量であることを示す。容器を第２バッチのために用いる場合、反応器中に残した溶媒流れ（残留分としても知られる）は、反応の速度を速める助けとなる。
【００９６】
バッチごとに除去される量が、それぞれのバッチごとのレベルにて投入された量と厳密に一致する必要はないが、いくつかのバッチにわたって除去される量が、投入された量と実質的に等しく、そうでなければ容器が、低すぎる量の溶媒で操作されるかまたは容器があふれることが当業者には明らかである。本明細書に記載するバッチおよび連続プロセスのように、経時的およびバッチごとに添加速度および生成物除去速度はしばしば変動することが知られている。よって、「等しい」または「実質的に等しい」との用語は、これらの変動を含むことを意味する。
【００９７】
制御パラメータは、原料を溶媒と接触させる瞬間の原料中の原料の重量（バイオマス＋水）に対する、分散固体、ｐＨ緩衝剤、触媒（複数可）、緩衝制御物質（複数可）および溶媒中の他のもの全ての重量を含む溶媒の重量の比率である。
【００９８】
それ未満であれば加水分解反応に対する影響がないかまたは限定された影響だけである比率があると予測される。当然、比率の上限は理論的に存在しないが、さらなる溶媒流れが加水分解速度に対してほとんど影響せず、サイズおよび操作コストにより装置のコストを単に増加させる点が存在する。
【００９９】
所定の量のバイオマスのために用いられる溶媒の量は、少なくとも、バイオマスの乾燥含有物量（高い乾燥含有物重量は、より多くの溶媒を必要とすると予測される）、バイオマスおよび触媒のタイプ、ｐＨ、操作温度および用いる混合のタイプに依存すると予測される。
【０１００】
接触の瞬間での原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率は、実施形態を参照することにより最もよく説明される。
【０１０１】
図１に示すように、バイオマスおよび水を含む原料流れ３は、ライン１を通して連続撹拌タンク反応器１０に供給される。触媒、典型的には酵素は、２と表示するラインを通して反応器１０に導入される触媒組成物の一部分として供給される。容器１０の内部には、既知または決定し得る重量の溶媒流れ４がある。連続撹拌反応器において、滞留時間は、ライン５を通して反応器から出ていく物質が所望の点まで加水分解されるようなものであるので、溶媒流れの量は、容器中の物質の重量＋任意の所定の時点での任意の再循環ループおよび再循環タンク中の量である。バイオマスおよび触媒は溶媒と混合され、加水分解が非常に迅速な速度で生じる。液体反応生成物（加水分解物）（６）は、反応器から生成物ライン５を通して回収される。特定の時間内にライン５を通して反応器を離れる液体の量は、速度＋触媒組成物＋同じ特定の期間内に容器に加えられ得るその他の物質に等しい。
【０１０２】
この場合の接触の瞬間での原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率は、バイオマスの瞬間の添加速度＋共通単位の時間に容器に加えられた水に対する容器中の物質の重量＋容器に再循環される任意の再循環ループおよび再循環タンク中の量（溶媒）である。連続プロセスに熟知している当業者は、この比率を滞留時間として認識する。
【０１０３】
例えば、容器は、４００ｋｇの溶媒を、４時間の滞留時間について含有する。原料は、１００ｋｇ／時間で加えられ、加水分解物生成物は、１００ｋｇ／時間で除去される。比率は、４００：１００もしくは４、または４時間の滞留時間である。よって、ＣＳＴＲについて、比率は滞留時間である。
【０１０４】
図２は、再循環流れを有する図１の方法を示す。図に示すように、バイオマスおよび水は、供給ライン１を通して予備混合機１１に供給され、ここで、これらは、溶媒の一部分、ライン７から入ってくる液体加水分解物と接触する。混合物は、ライン８を通して連続撹拌タンク反応器１０に供給される。触媒組成物は、供給ライン２を通して反応器１０に供給される。バイオマスは、漸進的に加水分解され、液体加水分解物または生成物６は、反応器から出口ライン５を通して回収され、これは、次いで、再循環流れ７および生成物ライン５に分割される。特定の期間にわたって生成物ライン５を出ていく物質の量は、速度＋触媒組成物＋同じ特定の期間中に容器に加えられた、ライン７から入ってくるもの以外のその他の物質と等しい。
【０１０５】
方法のさらなる実施形態を図５に示し、これは、示される実施形態が、液体加水分解物からいくらかまたは全ての固体を分離すると解釈できる。反応がどの程度完全であるかに依存して、固体は、所望により、さらなる加水分解のために加水分解容器１６または容器１５に戻すことができる。加水分解が実質的に完了しているならば、固体を除去した後に、生成物流れが次のステップに進む。
【０１０６】
この改良を、図７に示す。図７において、流れ５は、固体分離装置１２に供給して、少なくともいくらかの固体およびおそらくいくらかの液体を固体流れ９に除去し、流れ５Ａは、除去されたいくらかの固体を有する液体流れである。以前に記載したように、固体流れの少なくとも一部分は、所望により、加水分解容器１６または容器１５に戻してよい。分離は、容器１６または１５にパージして戻す前もしくは後の流れ９を取りだす前に行う必要はないが、好ましくは、生成物流れ６が次のステップに進む前に行う。図７に示すように、流れ９は、容器１６もしくは１５に再循環して戻してよいか、方法から完全に除去してよいか、または流れ９の一部分を方法から除去（パージ）し、残りを容器１５、１６のいずれかもしくは両方に再循環して戻してよい。
【０１０７】
固体を液体流れから分離する装置は、当該技術において公知であり、それらに限定されないが、フィルタ、サイクロン、遠心分離機、圧搾機、デカンタ、重力沈降、スキマーなどを含む。好ましい分離装置は、液体サイクロンおよび遠心分離機からなる群より選択される。
【０１０８】
類推によって、当業者は、図３のプラグ流れプロセスを改変して、少なくともいくらかの固体を流れ５から分離できる。
【０１０９】
固体を再循環し、加水分解生成物の大部分を通過させることにより、所定のサイズの容器についての変換率および滞留時間を、４００％ほど多く増やし得ることがシミュレーションにより示されている。
【０１１０】
この場合の原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率は、１時間に容器に加えられたバイオマス＋水の重量に対する、容器内の物質の重量＋１時間に予備混合機１１に加えられた溶媒の量である。ここでもまた、滞留時間は比率を表す。
【０１１１】
同様の類推により、図３に示すようなプラグ流れ反応器の実施形態が存在する。図２を参照して、図３の方法が、流れの全ての溶媒が予備混合機１１を通して供給され、容器１０には何も残らないような図２の方法の「改変」であると考えることができることが明らかである。図３に示すように、バイオマスおよび水を含有する原料流れ３は、供給ライン１を通して連続プラグ流れ反応器１２に供給される。触媒組成物は、供給ライン２を通して反応器１２に供給される。溶媒流れは、ライン５から分流された供給ライン７を通して物質に加えられ、これは加水分解生成物を含有する。成分は、漸進的に加水分解されるスラリーを形成し、液体加水分解物６は、反応器から生成物ライン５を通して回収され、これは流れ７に分割される。単位時間あたりに除去される生成物６の量（速度）は、速度＋触媒組成物２＋ライン７から入るもの以外の全てのその他の物質と等しい。接触の瞬間は、原料流れが溶媒流れと接触するときである。この場合の接触の瞬間での原料中のバイオマス＋水の重量に対する重量の比率は、単位時間あたりに容器に加えられたバイオマス＋水の重量に対する、同じ単位時間あたりの流れ７中の物質の重量である。
【０１１２】
図４に示しかつ以前に記載したバッチプロセスにおいて、この場合の接触の瞬間での原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率は、投入あたりに加えられたバイオマス＋水の重量に対する容器内の物質の重量（相４と表示する溶媒流れ）である。さらなる溶媒を加える場合、これは、反応器中に既にある４の重量に加える。
【０１１３】
バイオマスを溶媒と予備混合することを有するようにバッチプロセスを改変する場合、この場合の接触の瞬間での原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率は、投入あたりに容器に加えられたバイオマス＋水の重量に対する、容器中の溶媒の重量＋投入量中の溶媒の重量である。
【０１１４】
原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率についての値は、１：９９〜１００：１で変動できる。しかし、この範囲は、５：９５〜９５：５であることがより好ましいか、またはさらにより好ましくは１０：９０〜９０：１０であり、２０：８０〜８０：２０の比率がより好ましく、２０：８０〜６０：４０の範囲が最も好ましいが、１０：９０〜９０：１０、２０：８０〜９０：１０、３０：７０〜９０：１０、４０：６０〜９０：１０、５０：５０〜９０：１０および６０：４０〜９０：１０も適切な範囲である。
【０１１５】
原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率についての値は、最小比率として表すこともできる。なぜなら、理論的最大値は存在しないと考えられるからである。よって、比率は、少なくとも０．８：１．０、またはより好ましくは少なくとも１：１、またはさらにより好ましくは少なくとも１．２：１であり、少なくとも１．５：１がより好ましく、２：１がさらにより好ましく、３：１がさらにより好ましい。
【０１１６】
セルロースの加水分解は、方法の中心的な特徴であるので、原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率は、セルロースおよびその加水分解生成物の使用により置き換えてよい。実施例に開示されるように、加水分解生成物はいずれも、原料の次の連続する量の導入の前に除去されなかった。よって、原料中のセルロースの量に対するセルロースの量＋溶媒中の加水分解セルロースからの生成物の量の比率は、原料中の溶媒の重量とバイオマス＋水の重量の比率と同じである。原料中のセルロースおよび溶媒の量は、容易に決定できる。セルロースからの加水分解生成物の量は、溶媒中の生成物を決定し、セルロース以外の何かの加水分解に由来するかまたは溶媒を作製するために用いた初期の原料中の生成物の量を減じることにより決定できる。例えば、デンプンもグルコースおよびセルロースと共通のその他の加水分解可能な種に加水分解される。よって、溶媒中のグルコースおよびセルロースと共通するその他の加水分解可能な種の量は、デンプンに由来する量を少なくとも低減しなければならない。このことは、そこから溶媒を作製する原料中のデンプンの量、溶媒中のデンプンの量を知ることにより決定でき、差は、デンプンに由来する加水分解可能な種の量である。
【０１１７】
制御比率は、セルロースの量＋溶媒中の加水分解セルロースからの生成物の量と原料中のセルロースの量の最小比率として表すことができる。この比率は、少なくとも０．８：１．０、またはより好ましくは少なくとも１：１、またはさらにより好ましくは少なくとも１．２：１であり、少なくとも１．５：１がより好ましく、２：１がさらにより好ましく、３：１がさらにより好ましい。以下に列挙する実施例は、少なくとも４：１および少なくとも５：１の比率も機能することを確立する。実施例５において、比率を増加すると加水分解時間が減少したが、溶媒のそれぞれの追加量で改良がより小さいことが注目される。比率は、セルロースおよびその加水分解生成物に限定的であることが指摘される。よって、原料中に存在するセルロースの既知の加水分解生成物であるグルコースおよび生成物は、溶媒中に存在するものから減じられる。さらに、ヘミセルロースまたはデンプンまたは非セルロース性物質の加水分解に由来するいずれの生成物も、同様に溶媒から減じる必要がある。このことは、どれだけのデンプンがグルコースに還元されたかを決定することと、そのグルコースを減じることとを含む。
【０１１８】
溶媒は、不溶性物質以外の全てを分離する前に最もよく用いられるので、溶媒の液体部分中の水溶性物質の相対的組成は、水溶性成分を分離していない原料の加水分解の水溶性生成物の相対的組成と同じである。水を加えて水溶性成分を希釈することができるが、互いに対するそれらの量は同じままである。
【０１１９】
上記の実施形態は、本明細書または特許請求の範囲を限定するように設計されていない。なぜなら、一連の連続容器またはセミバッチ反応器またはプラグ流れ反応器との組み合わせもしくは組み合わせなしを含む、当業者にとって利用可能な多くの構成が存在するからである。
【０１２０】
粘度低減の実験的試行
実験装置
以下の寸法的特徴を有する２つの同一のガラス反応器（図６を参照されたい）：
・Ｔ（反応器直径）＝０．１５ｍ
・Ｚ（反応器高さ）＝０．３０ｍ
・４ｃｍの幅の、側方表面および底の全てを取り囲む熱交換流体のためのジャケット；
・半球形の底；
・５つの開口部（撹拌機シャフト用の１つの中央の穴；物質を加えるかまたはサンプリングのための４つの側方の穴、これらは、試験中にキャップで閉じられる）を有するガスケットおよびシールを有するカバー。
【０１２１】
２つの反応器を、２つの異なるアンカー型撹拌機（ＡおよびＢ）に取り付けて、以下の配置を得る：
配置Ａ：
Ｄ（「翼幅」）＝０．１３６ｍ
Ｓ（羽根幅）＝０．０１ｍ
Ｈ（アンカー高さ）＝０．１２ｃｍ
Ｃ（クリアランス、羽根−壁間の距離）＝０．００７ｍ
Ｄ／Ｔ＝０．９０７
Ｄ／Ｓ＝１３．６
Ｔ／Ｓ＝１５
【０１２２】
配置Ｂ：
この配置において、羽根は、壁をよりよくこするように４５度傾斜している
Ｄ（「翼幅」）＝０．１４５ｍ
ＬＳ（羽根幅）＝０．０１４１ｍ
Ｓ（突出羽根幅）＝０．０１ｍ
Ｈ（アンカー高さ）＝０．１４５ｃｍ
Ｃ（クリアランス、羽根−壁間の距離）＝０．００２５ｍ
Ｄ／Ｔ＝０．９６７
Ｄ／Ｓ＝１４．５
Ｔ／Ｓ＝１５
【０１２３】
撹拌は、Ｈｅｉｄｏｌｐｈ  ＲＺＲ  ２１０２制御モータ（動力：１４０Ｗ）により行う。
【０１２４】
２つの温熱浴が、反応器のジャケットに４５℃の水を循環させることにより、温度を確実に維持する。
【０１２５】
材料
用いた出発物質は、前処理したサトウモロコシおよびアルンド・ドナックスである。物質は、−１８℃に貯蔵して分解を防いだ。
【０１２６】
出発物質の特徴は、以下のとおりである：
【０１２７】
【表１】
2015231388.tif 000002
【０１２８】
ＷＩＳは、水に可溶化されなかった固体のパーセンテージ（全物質に対して）である。
【０１２９】
ＷＳＳは、水に可溶化された固体のパーセンテージ（全物質に対して）である。
【０１３０】
ＷＳＳとＷＩＳの合計が、乾燥含有物の値と等しい。
【０１３１】
組成の特徴は、以下の手順である標準的な分析方法を用いて決定した：
バイオマス中の構造炭水化物およびリグニンの決定
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００８年４月２５日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６１８  ２００８年４月改訂
【０１３２】
バイオマス中の抽出物の決定
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００５年７月１７日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６１９  ２００８年１月
【０１３３】
組成分析のための試料の調製
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００５年９月２８日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２０  ２００８年１月
【０１３４】
バイオマス中の全固体および液体プロセス試料中の全可溶化固体の決定
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００８年３月３１日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２１  ２００８年３月改訂
【０１３５】
バイオマス中の灰分の決定
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００５年７月１７日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２２  ２００８年１月
【０１３６】
液体画分プロセス試料中の糖類、副生成物および分解生成物の決定
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００６年１２月８日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２３  ２００８年１月
【０１３７】
前処理されたバイオマス物質中の不溶性固体の決定
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＬＡＰ）発行日：２００８年３月２１日
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２７  ２００８年３月
【０１３８】
用いた酵素カクテルは、以下の特徴を有し、全ての試験について一定に維持された：
【０１３９】
【表２】
2015231388.tif 000003
【０１４０】
セルラーゼ複合体酵素調製物は、セルロース性物質の、グルコース、セロビオースおよびより高い分子量のグルコオリゴマーへの分解を触媒する溶液である。酵素溶液ヘミセルラーゼおよびキシラナーゼは、ヘミセルロースを単糖またはオリゴマーの形態のそれらの構成要素に解重合することを主に触媒し、さらに、これらは、より少ない程度の副触媒活性を示す。
【０１４１】
酵素複合体は、種々の炭水化物に対して作用し、そのようにして調製される溶液の活性を増進する能力を示す酵素溶液である。
【０１４２】
記載されるカクテルは、以下の活性を有する：
【０１４３】
【表３】
2015231388.tif 000004
【０１４４】
ＦＰＵは、ＮＲＥＬ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２８、２００８年１月）に従って測定され、定義される。この方法は、工業規格を用い、元の（希釈していない）酵素溶液１ミリリットルあたりの「濾紙単位」（ＦＰＵ）の点でセルロース活性を測定する。定量的な結果のために、酵素調製物は、意味のある等価な変換に基づいて比較されなければならない。所定の酵素についての１濾紙単位は、グルコースとしての還元糖２．０ｍｇを、５０℃にて６０分間でＷｈａｔｍａｎ第１号濾紙片からの５０ｍｇの濾紙から（４％変換）遊離するために必要な酵素の量であり、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（ＩＵＰＡＣ）ガイドラインによる濾紙セルロース単位（ＦＰＵ）を算出するための切片とよばれている。
【０１４５】
ＦＸＵ中のキシラナーゼ活性は、既知の活性を有する標準酵素に対して測定される。以下に記載する上清に対する分光光度測定を、標準試料により得られる標準曲線と比較する。
【０１４６】
キシラナーゼ試料を、レマゾール染色したコムギアラビノキシラン基質とインキュベートする。変換されなかった基質を、エタノールを用いて沈殿させる。沈殿されなかったレマゾール染色した基質分解生成物による上清の青色の着色の強度は、エンドキシラナーゼ活性に比例する。色のプロファイルは、酵素ごとに変動し得る。
【０１４７】
【数１】
2015231388.tif 000005
【０１４８】
式中：
Ｃは、標準曲線から読み取った酵素活性（ＦＸＵ／ｍｌ）であり、
Ｆは、試料の容量（ｍｌ）であり、
Ｄは、試料のさらなる希釈（例えば第２または第３希釈）であり、
Ｗは、試料の重量（ｇ）である。
【０１４９】
１ＦＢＧは、以下に記載する標準的な手順（ソモギーネルソン法）に従って、１分あたり１モルのグルコースに等しい還元能力を有してグルコースまたは還元炭水化物を放出する酵素の量である。
【０１５０】
標準的な反応条件：
・試料は、０．０２〜０．１０ＦＢＧ／ｍｌの活性を得るように希釈される
・基質：０．５％ベータグルカン
・温度：３０℃
・ｐＨ：５．０
・反応時間：３０分
【０１５１】
真菌ベータグルカナーゼは、還元糖として決定されるグルコースおよび還元炭水化物の形成プロセス中にベータグルカンと反応する。
【０１５２】
さらに、ｐＨを約５の値に維持するために、ｐＨ計を用いることができない（物質の性質のため）ので、１Ｎクエン酸緩衝液を、装填した物質の量の１％の合計量で用いる。
【０１５３】
試験第１号
物質：モロコシ（上記）。
【０１５４】
反応器を取り付け（混合機を含む）、熱交換流体を（４５℃）の温度にする。２つのエンジンを、（物質なし、撹拌慣性のみで）１２ｒｐｍの撹拌速度（装置の最低速度）、０．０Ｎ・ｃｍに等しいトルク値を得るように校正した。
【０１５５】
両方の反応器に、融解直後の１．５ｋｇの物質を充填し、撹拌速度を、物質を均質にするために開始した。２つの反応器のいずれにおいても、自由水は目に見えなかった。これらの条件における物質の密度は、６００ｋｇ／ｍ３にほぼ等しかった。１２ｒｐｍでの両方の系での撹拌は、過重負荷を示した（用いたトルク値が、２００Ｎ・ｃｍを超えて測定尺度の範囲外であった）。
【０１５６】
ｔ＝０において、両方の反応器に、以下の構成の溶液（全重量約９６ｇ）を加えた：
・グルカン（液相中のセロビオースおよびグルコオリゴマーと、固相中のグルカンの合計としてのグルカンを意味する）１ｇあたり２０ＦＰＵのセルラーゼ複合体の活性を提供し、その他の活性が結果として提供されるように決定された、上記の組成を有する酵素カクテル２９．４ｍｌ。このグルカン１ｇあたり２０ＦＰＵは、原料の含有セルロースに基づいて算出して、全乾物１ｇあたりおよそ９ＦＰＵである。
・全物質の約１％となるように決定された上記のような緩衝液（クエン酸塩）１６．５グラム。
・酵素溶液を希釈し、その分散を改善するための４８．５グラムのＨ２Ｏ。加える水の量は、加える溶液の合計（Ｈ２Ｏ＋カクテル＋クエン酸塩）が、初期の前処理された物質の乾燥含量の約３０％に等しくなるように決定される。
【０１５７】
添加の後に、各反応器において、約１９．２％の乾燥含量（算出した）を有する１．６ｋｇの全物質が存在した。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１８０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質と加えた溶液とを混合した。この点で、自由水はなく、反応器中の物質のレベルは、前と同じであった（この段階で、推定密度は約６５０ｋｇ／ｍ３であった）。
【０１５８】
両方の反応を、撹拌速度を両方の場合において同じに維持して並行して行い、撹拌速度は、最初の１時間で１２ｒｐｍに等しく設定し、次いで１００ｒｐｍの値に上昇させた。６０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０１５９】
試験を通して、反応器Ａのエンジンについて測定されたトルクは、Ｂのものよりも常に低い。約５時間後に、反応器Ａ中の物質は、液体の外観であった（約２０Ｎ・ｃｍの１００ｒｐｍでのトルク値）が、他方（１００ｒｐｍでのトルクが最初の２００Ｎ・ｃｍより高くから約１４０Ｎ・ｃｍの値に下落したことにより示されるように、反応は部分的に生じていたが）は、固体の外観であった。
【０１６０】
２つの反応器内の条件を実質的に変更しないさらに１時間後（ｔ＝６時間）、反応器Ｂ（わずかな自由水の放出を有したが、まだ固体の外観であった）の全ての物質を、反応器Ａに入れた。添加の後に、撹拌を数秒間２００ｒｐｍに等しく設定して、物質を均質化し、次いで１２０Ｎ・ｃｍのトルクで１００ｒｐｍに等しく設定したところ、非常に湿った固体の物質の外観であった。約１０分で、測定されたトルク値は２０Ｎ・ｃｍに下落し、物質は、添加の前の反応器Ａで提示されたものと同様の液体の外観を呈した。試験は、さらに１０分後に停止し、このとき、トルクは１００ｒｐｍにて約１５Ｎ・ｃｍに低下した。この点で測定した物質の密度は、およそ１１００ｋｇ／ｍ３であった。
【０１６１】
試験第２号
物質：モロコシ（上記）。
【０１６２】
反応器を取り付け（混合機を含む）、熱交換流体を（４５℃）の温度にする。２つのエンジンを、（物質なし、撹拌慣性のみで）１２ｒｐｍの撹拌速度（装置の最低速度）、０．０Ｎ・ｃｍに等しいトルク値を得るように校正した。
【０１６３】
試験第２号では、Ａ反応器において、試験第１号（同じ反応器で行った）と同じ条件下で試験を行い、同様の結果を得た。
【０１６４】
Ｂ反応器に、１．５ｋｇの試験第１号からの物質（液体の外観、密度１１００ｋｇ／ｍ３、約１５Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍで測定されたトルク）を充填した。この物質に、１．５ｋｇの前処理したモロコシ（前の部分で記載した特徴を有し、特に２０．４１％に等しい乾燥含量）および試験第１号で用いたのと同じ溶液（合計で約９６ｇ）を加えた。種々の添加後の乾燥含量は、１９．２％に等しいと算出された。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を混合した。この点で、均質化された物質は、約８００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度、および約１５０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０１６５】
両方の反応を、撹拌速度を両方の場合において同じに維持して並行して行い、撹拌速度は、最初の１時間で１２ｒｐｍに等しく設定し、次いで１００ｒｐｍの値に上昇させた。６０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０１６６】
試験第２号中に、反応器Ｂにおいて、６時間後に液化がまだ達成されなかった試験第１号に対して著しくよりよい結果が達成された。特に、約３時間後（反応器Ａで必要であった時間より短い）に、物質は液体の外観であり、約２０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した（一方、反応器Ａでは、測定された値は約１００Ｎ・ｃｍであり、物質は、湿潤固体の外観であった）。７時間の試験の後に、２つの反応器中の物質は、同様の外観であったが、反応器Ｂでは、約６０％の時間で結果が達成された。
【０１６７】
反応器Ｂで得られた（７時間後）物質に対する組成分析試験は、約２５％に等しいグルコースについての酵素加水分解収率（全グルカンに対して）と、およそ５０％に等しいキシロースについての収率（全キシランに対して）を示した。これらの値は、先の粘度低減の試行で得られたものより高い。
【０１６８】
さらに、最終物質についてｐＨ測定を行い、３．９に等しいことが見出された。この値は、文献データによると最高の酵素活性（ｐＨ＝５）を確実にするものより低い。
【０１６９】
試験第３号
物質：アルンド・ドナックス（上記）。
【０１７０】
試験第３号において行った手順は、試験第１号（モロコシを用いる試行）で用いたものと同じであった。
【０１７１】
２つの反応器において、それぞれに１．５ｋｇの前処理したアルンド（３０．４％に等しい測定された乾燥含量）を充填し、自由水は目に見えなかった。これらの条件における物質の密度は、６００ｋｇ／ｍ３にほぼ等しかった。１２ｒｐｍでの両方の系での撹拌は、過重負荷を示した。
【０１７２】
ｔ＝０において、両方の反応器に、以下の構成の溶液（全重量約１４０ｇ）を加えた：
・グルカン（液相中のセロビオースおよびグルコオリゴマーと、固相中のグルカンの合計としてのグルカンを意味する）１ｇあたり２０ＦＰＵのセルラーゼ複合体の活性を提供し、その他の活性が結果として提供されるように決定された、上記の組成を有する酵素カクテル４４．１ｍｌ。
・全物質の約１％となるように決定された上記のような緩衝液（クエン酸塩）１７．３グラム。
・酵素溶液を希釈し、その分散を改善するための７８．４グラムのＨ２Ｏ。加える水の量は、加える溶液の合計（Ｈ２Ｏ＋カクテル＋クエン酸塩）が、初期の前処理された物質の乾燥含量の約３０％に等しくなるように決定される。
【０１７３】
添加の後に、各反応器において、約２７．８％の乾燥含量（算出した）を有する１．６ｋｇの全物質が存在した。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１８０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質と加えた溶液とを混合した。この点で、自由水はなく、反応器中の物質のレベルは、前と同じであった（この段階で、推定密度は約６５０ｋｇ／ｍ３であった）。
【０１７４】
両方の反応を、撹拌速度を両方の場合において同じに維持して並行して行い、撹拌速度は、最初の１時間で１２ｒｐｍに等しく設定し、次いで１００ｒｐｍの値に上昇させた。６０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０１７５】
試験を通して、反応器Ａのエンジンについて測定されたトルクは、Ｂのものよりも常に低い。約６．５時間後に、反応器Ａ中の物質は、液体の外観であった（１００ｒｐｍで約２０Ｎ・ｃｍのトルク値）が、他方（１００ｒｐｍでのトルクが最初の２００Ｎ・ｃｍより高くから約１４０Ｎ・ｃｍの値に下落したことにより示されるように、反応は部分的に生じていたが）は、固体の外観であった。
【０１７６】
２つの反応器内の条件を実質的に変更しないさらに３０分後に、反応器Ｂ（わずかな自由水の放出を有したが、まだ固体の外観であった）の全ての物質を、反応器Ａに入れた。添加の後に、撹拌を数秒間２００ｒｐｍに等しく設定して、物質を均質化し、次いで１３０Ｎ・ｃｍのトルクで１００ｒｐｍに等しく設定したところ、非常に湿った固体の物質の外観であった。約２０分で、測定されたトルク値は２０Ｎ・ｃｍに下落し、物質は、添加の前の反応器Ａで提示されたものと同様の液体の外観を呈した。試験は、さらに４０分後に停止し、このとき、トルクは１００ｒｐｍにて約１５Ｎ・ｃｍに低下した。この点で測定した物質の密度は、およそ１１００ｋｇ／ｍ３であった。
【０１７７】
試験第４号
物質：アルンド・ドナックス（上記）。
【０１７８】
試験第４号で行った手順は、試験第２号（モロコシを用いる試行）で用いたものと同じであった。
【０１７９】
試行第４号では、Ａ反応器において、試験第３号（同じ反応器で行った）と同じ条件下で試験を行い、同様の結果を得た。
【０１８０】
Ｂ反応器に、１．５ｋｇの試験第３号からの物質（液体の外観、密度１１００ｋｇ／ｍ３、約１５Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍで測定されたトルク）を充填した。この物質に、１．５ｋｇの前処理したアルンド（前の部分で記載した特徴を有し、特に３０．４％に等しい乾燥含量）および試験第３号で用いたのと同じ溶液（合計で約１４０ｇ）を加えた。種々の添加後の乾燥含量は、２７．８％に等しいと算出された。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を混合した。この点で、均質化された物質は、約７５０ｋｇ／ｍ３の見かけ密度、および約１７０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０１８１】
両方の反応を、撹拌速度を両方の場合において同じに維持して並行して行い、撹拌速度は、最初の１時間で１２ｒｐｍに等しく設定し、次いで１００ｒｐｍの値に上昇させた。６０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０１８２】
試験第４号中に、反応器Ｂにおいて、７時間後に液化がまだ達成されなかった試験第３号に対して著しくよりよい結果が達成された。特に、約５時間後（反応器Ａで必要であった時間より短い時間）に、物質は液体の外観であり、約２０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した（一方、反応器Ａでは、測定された値は約９０Ｎ・ｃｍであり、物質は、湿潤固体の外観であった）。約８時間の試験の後に、２つの反応器中の物質は、同様の外観であったが、反応器Ｂでは、約７５％の時間で結果が達成された。
【０１８３】
試験第５号
物質：アルンド・ドナックス（上記）。
【０１８４】
Ｂ反応器に、１．５ｋｇの試験第３号からの物質（液体の外観、密度１１００ｋｇ／ｍ３、約１５Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍで測定されたトルク）を充填した。この物質に、０．５ｋｇの前処理したアルンド（前の部分で記載した特徴を有し、特に３０．４％に等しい乾燥含量）を加えた。
【０１８５】
ｔ＝０において、両方の反応器に、以下の構成の溶液（全重量約４６．５ｇ）を加えた：
・グルカン（液相中のセロビオースおよびグルコオリゴマーと、固相中のグルカンの合計としてのグルカンを意味する）１ｇあたり２０ＦＰＵのセルラーゼ複合体の活性を提供し、その他の活性が結果として提供されるように決定された、上記の組成を有する酵素カクテル１４．７ｍｌ。
・全物質の約５％となるように決定された上記のような緩衝液（クエン酸塩）２８．８グラム。
・酵素溶液を希釈し、その分散を改善するための３．１グラムのＨ２Ｏ。加える水の量は、加える溶液の合計（Ｈ２Ｏ＋カクテル＋クエン酸塩）が、初期の前処理された物質の乾燥含量の約３０％に等しくなるように決定される。
【０１８６】
添加の後に、反応器において、約２７．８％の乾燥含量（算出した）を有する２．０５ｋｇの全物質が存在した。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質と加えた溶液とを混合した。この点で、均質化された物質は、約９００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度、および約１５０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０１８７】
反応は、最初の１時間は１００ｒｐｍに等しい撹拌速度を維持して行い、２０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０１８８】
約６５分後に、物質は液体の外観であった（１００ｒｐｍで約３０Ｎ・ｃｍのトルク値）。推定密度は、約１１００ｋｇ／ｍ３であった。
【０１８９】
この点で、反応器中の物質に、５００ｇの前処理したアルンド・ドナックスおよび４６．５ｇの上記の溶液を加えた。添加の後に、反応器において、約２７．８％の乾燥パーセンテージ（算出した）を有する約２．６ｋｇの全物質が存在した。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を均質化し、これは、約９５０ｋｇ／ｍ３の見かけ密度と、約１２０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０１９０】
約４５分後に、物質は液体の外観であった（１００ｒｐｍで約３０Ｎ・ｃｍのトルク値）。推定密度は、約１１００ｋｇ／ｍ３であった。
【０１９１】
この点で、反応器中の物質に、５００ｇの前処理したアルンド・ドナックスおよび４６．５ｇの上記の溶液を加えた。添加の後に、反応器において、約２７．８％の乾燥パーセンテージ（算出した）を有する約３．１５ｋｇの全物質が存在した。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。
【０１９２】
撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を均質化し、これは、約９５０ｋｇ／ｍ３の見かけ密度と、約１２０Ｎ・ｃｍの１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０１９３】
約３５分後に、物質は液体の外観であった（１００ｒｐｍで約３０Ｎ・ｃｍのトルク値）。推定密度は、約１１００ｋｇ／ｍ３であった。
【０１９４】
試験は、およそ８時間後に停止した。１．５ｋｇの前処理した物質の液化は、全体で２時間２５分で達成され、この時間は、試験第４号における反応器Ｂによりかかった時間の約５０％、および試験第３号および第４号における反応器Ａで必要な時間の約３８％に等しかった。
【０１９５】
試験第６号
物質：モロコシ（上記）。
【０１９６】
反応器を取り付け（混合機を含む）、熱交換流体を（４５℃）の温度にする。２つのエンジンを、（物質なし、撹拌慣性のみで）１２ｒｐｍの撹拌速度（装置の最低速度）、０．０Ｎ・ｃｍに等しいトルク値を得るように校正した。
【０１９７】
試行第６号では、Ｂ反応器において、試験第２号（同じ反応器で行った）と同じ条件下で試験を行い、同様の結果を得た。
【０１９８】
Ａ反応器に、０．７５ｋｇの前処理したモロコシ（前の部分で記載した特徴を有し、特に２０．４％に等しい乾燥含量）を充填した。約６００ｋｇ／ｍ３の密度を有するこの固体に、以下の構成の溶液（全重量約９６ｇ）を加えた：
・グルカン（液相中のセロビオースおよびグルコオリゴマーと、固相中のグルカンの合計としてのグルカンを意味する）１ｇあたり４０ＦＰＵのセルラーゼ複合体の活性を提供し、その他の活性が結果として提供されるように決定された、上記の組成を有する酵素カクテル２９．４ｍｌ。このグルカン１ｇあたり４０ＦＰＵは、原料の含有セルロースに基づいて算出して、全乾物１ｇあたりおよそ１８ＦＰＵである。
・全物質の約２％となるように決定された上記のような緩衝液（クエン酸塩）１６．５グラム。
・酵素溶液を希釈し、その分散を改善するための４８．５グラムのＨ２Ｏ。加える水の量は、加える溶液の合計（Ｈ２Ｏ＋カクテル＋クエン酸塩）が、初期の前処理された物質の乾燥含量の約６０％に等しくなるように決定される。
【０１９９】
このようにして、Ａ反応器は、グルカン１グラムに対する酵素の装填量が試験第１号および第２号の２倍で運転した。さらに、初期の乾燥含量は、１７．５％（試験第１号および第２号において算出されるものよりも低い）と等しくなると算出された。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。
【０２００】
撹拌速度を約１８０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質と加えた溶液とを混合した。得られた物質の見かけ密度は、約７００ｋｇ／ｍ３であり、１００ｒｐｍで測定されたトルクは、約１６０Ｎ・ｃｍに等しかった。
【０２０１】
両方の反応を、撹拌速度を両方の場合において同じに維持して並行して行い、撹拌速度は、最初の１時間で１２ｒｐｍに等しく設定し、次いで１００ｒｐｍの値に上昇させた。６０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０２０２】
この試験において、反応器Ａでは、試験第１号および第２号（同じ反応器で行われた）に対して、ならびに反応器Ｂで行われた反応に対しても著しくよりよい結果が達成された。特に、約１時間後に、物質は液体の外観であり（約１０００〜１１００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度）、約２０Ｎ・ｃｍの１００ｒｐｍでのトルク値を有した。同時に、反応器Ｂにおいて、物質は、湿潤固体の外観であり、約１００Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０２０３】
この点で、反応器Ａに、７５０ｇの前処理したモロコシをさらに加えた（前の部分に記載するように、２０．４１％に等しい乾燥含量）。この添加の結果として、算出された乾燥含量は、前の試験の値である１９．２％に戻り、セルロース１グラムあたりの酵素の装填量は、前の試験の値（グルカン１ｇあたり２０ＦＰＵ）に低減された。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を混合した。この点で、均質化された物質は、約８００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度と、約１２０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０２０４】
さらに１時間の撹拌後、物質は再び液体の外観であり、添加前に測定されたものとほぼ同じに等しい密度およびトルクの値を有した。約７時間の試験の後に、物質は両方の反応器において同様の、同様の外観であったが、反応器Ａにおいて、Ｂで必要であった時間の約６５％、ならびに試験第１号および第２号における反応器Ａで必要な時間の約３９％で液体状態に到達した。
【０２０５】
試験第７号
物質：アルンド・ドナックス（上記）。
【０２０６】
試験第７号では、Ｂ反応器において、試験第４号（同じ反応器で行った）と同じ条件下で試験を行い、同様の結果を得た。
【０２０７】
Ａ反応器に、０．７５ｋｇの前処理したアルンド（前の部分で記載した特徴を有し、特に３０．４％に等しい乾燥含量）を充填した。約６００ｋｇ／ｍ３の密度を有するこの固体に、以下の構成の溶液（全重量約１４０ｇ）を加えた：
・グルカン（液相中のセロビオースおよびグルコオリゴマーと、固相中のグルカンの合計としてのグルカンを意味する）１ｇあたり４０ＦＰＵのセルラーゼ複合体の活性を提供し、その他の活性が結果として提供されるように決定された、上記の組成を有する酵素カクテル４４．１ｍｌ。
・全物質の約２％となるように決定された上記のような緩衝液（クエン酸塩）１７．３グラム。
・酵素溶液を希釈し、その分散を改善するための７８．４グラムのＨ２Ｏ。加える水の量は、加える溶液の合計（Ｈ２Ｏ＋カクテル＋クエン酸塩）が、初期の前処理された物質の乾燥含量の約６０％に等しくなるように決定される。
【０２０８】
このようにして、Ａ反応器は、グルカン１グラムに対する酵素の装填量が試験第３号および第４号の２倍で運転した。さらに、初期の乾燥含量は、２５．６％（試験第３号および第４号において算出されるものよりも低い）と等しくなると算出された。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。
【０２０９】
撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質と加えた溶液とを混合した。得られた物質の見かけ密度は、約７５０ｋｇ／ｍ３であり、１００ｒｐｍで測定されたトルクは、約１８０Ｎ・ｃｍに等しかった。
【０２１０】
両方の反応を、撹拌速度を両方の場合において同じに維持して並行して行い、撹拌速度は、最初の１時間で１２ｒｐｍに等しく設定し、次いで１００ｒｐｍの値に上昇させた。６０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０２１１】
この試験において、反応器Ａでは、試験第３号および第４号（同じ反応器で行われた）に対して、ならびに反応器Ｂで行われた反応に対しても著しくよりよい結果が達成された。特に、約２．５時間後に、物質は液体の外観であり（約１０００〜１１００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度）、約２０Ｎ・ｃｍの１００ｒｐｍでのトルク値を有した。同時に、反応器Ｂにおいて、物質は、湿潤固体の外観であり、約１３０Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０２１２】
この点で、反応器Ａに、７５０ｇの前処理したアルンドをさらに加えた（前の部分に記載するように、３０．４％％に等しい乾燥含量）。この添加の結果として、算出された乾燥含量は、前の試験の値である２７．８％に戻り、セルロース１グラムあたりの酵素の装填量は、前の試験の値（グルカン１ｇあたり２０ＦＰＵ）に低減された。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を混合した。
【０２１３】
さらに１．５時間の撹拌後、物質は再び液体の外観であり、添加前に測定されたものとほぼ同じに等しい密度およびトルクの値を有した。約８時間の試験の後に、物質は両方の反応器において同様の、同様の外観を有したが、反応器Ａにおいて、Ｂで必要であった時間の約８０％および試験第３号および第４号における反応器Ａで必要な時間の約５７％で液体状態に到達した。
【０２１４】
最終物質についてｐＨ測定を行い、２．４に等しいことが見出された。この値は、文献データによると最高の酵素活性（ｐＨ＝５）を確実にするものより低い。
【０２１５】
試験第８号
物質：アルンド・ドナックス（上記）。
【０２１６】
Ａ反応器に、１．５ｋｇの試験第７号からの物質（液体の外観、密度１１００ｋｇ／ｍ３、約１５Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍで測定されたトルク）を充填した。この物質に、０．７５ｋｇの前処理したアルンド（前の部分で記載した特徴を有し、特に３０．４％に等しい乾燥含量）を加えた。
【０２１７】
試験第７号において用いた溶液約１４０ｇを物質に加えた。添加の後に、反応器において、２．４ｋｇの全物質が存在した。
【０２１８】
このようにして、反応器は、グルカン１グラムに対する酵素の装填量が試験第３号および第４号の２倍で運転した。さらに、初期の乾燥含量は、２５．６％（試験第３号および第４号において算出されるものよりも低い）と等しくなると算出された。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。
【０２１９】
撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質と加えた溶液とを混合した。得られた物質の見かけ密度は、約８５０ｋｇ／ｍ３であり、１００ｒｐｍで測定されたトルクは、約１５０Ｎ・ｃｍに等しかった。
【０２２０】
反応は、１００ｒｐｍに等しく設定された撹拌速度を維持して行った。２０分毎に、撹拌速度を１８０ｒｐｍに上昇して（数秒間）、物質を均質化した。
【０２２１】
特に、約２時間後に、物質は液体の外観であり（約１０００〜１１００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度）、約２５Ｎ・ｃｍの１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０２２２】
この点で、反応器に、７５０ｇの前処理したアルンドをさらに加え（前の部分で記載した特徴を有し、３０．４％に等しい乾燥含量）、物質の全量は３．１５ｋｇであった。この添加の結果として、算出された乾燥含量は、前の試験の値である２７．８％に戻り、セルロース１グラムあたりの酵素の装填量は、前の試験の値（グルカン１ｇあたり２０ＦＰＵ）に低減された。カバーの下に凝結が存在したことは、実際の乾燥含量がより高い可能性があることを示唆する。撹拌速度を約１５０ｒｐｍに増加させて（しばらくの間）、物質を混合した。
【０２２３】
この点で、均質化された物質は、約９００ｋｇ／ｍ３の見かけ密度および約１３５Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。
【０２２４】
さらに１時間の撹拌後に、物質は再び液体の外観であり、約１１００ｋｇ／ｍ３に等しい見かけ密度の値および約２５Ｎ・ｃｍに等しい１００ｒｐｍでのトルク値を有した。約８時間の試験の後に、物質は両方の反応器において同様の、同様の外観を有したが、Ａ反応器において、Ｂで必要な時間の約８０％、ならびに試験第３号および第４号における反応器Ａで必要な時間の約５７％で液体状態に到達した。
【０２２５】
試験は、およそ８時間行った。
【０２２６】
１．５ｋｇの前処理した物質の液化は、全体で３時間で達成され、この時間は、試験第７号における反応器によりかかった時間の約７５％に等しかった。
【図１】
2015231388.tif 000006
【図２】
2015231388.tif 000007
【図３】
2015231388.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年10月15日(2015.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）乾燥含有物と水とを有するバイオマスを含むリグノセルロース原料を、ステップＢ）における原料の酵素加水分解の結果として得られる加水分解生成物の水溶性加水分解種を含む溶媒の少なくとも一部分と接触させるステップと、
Ｂ）原料流れの原料と溶媒との接触を、２０℃〜２００℃の範囲の温度に５分〜７２時間の範囲の時間維持して、原料中のバイオマスから加水分解生成物を創出するステップであって、原料と接触させる溶媒の重量とバイオマスと原料中の水を加えた重量との比率が、０．８：１より大きいステップ、とを含む、リグノセルロースバイオマスを加水分解する方法。
【請求項２】
乾燥含有物が、セルロース、ヘミセルロースを含み、乾燥含有物中のセルロースの重量パーセントが、乾燥含有物の５重量パーセントより大きく、水溶性加水分解種の少なくともいくらかが、原料中のセルロースの加水分解から得ることができる水溶性加水分解種と同じであり、原料と溶媒との接触が、セルロースの加水分解のための触媒の存在下にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
原料と接触させる溶媒の重量とバイオマスと原料中の水を加えた重量の比率が、６０：４０〜９０：１０の範囲にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、１：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、１．５：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、２：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、３：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、４：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
溶媒中のセルロース＋セルロースの加水分解生成物の重量とリグノセルロース原料中のセルロースの重量の比率が、５：１より大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
原料を溶媒の少なくとも一部分と接触させる前に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させる、請求項２から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
原料を溶媒の少なくとも一部分と接触させた後に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させる、請求項２から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
原料を溶媒の少なくとも一部分と接触させるのと同時に、触媒組成物の少なくとも一部分を原料と接触させる、請求項２から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
バイオマスと原料の水の比率が、１：４より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
バイオマスと原料の水の比率が、１：３より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
バイオマスと原料の水の比率が、１：２より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
バイオマスと原料の水の比率が、１：１．５より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
バイオマスと原料の水の比率が、１：１より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
バイオマスと原料の水の比率が、１：０．９より大きい、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
触媒組成物が、酵素を含む、請求項２から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
温度が、２０〜１０５℃の範囲にある、請求項１から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
温度が、２０〜９５℃の範囲にある、請求項１から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
時間が、５分〜４８時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
時間が、５分〜３６時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
時間が、５分〜２４時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
時間が、５分〜１２時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
時間が、５分〜８時間の範囲にある、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
Ａ）溶媒の少なくとも一部分を既に含有する容器中に原料を導入するステップと、
Ｂ）原料を容器に導入する前、導入するのと同時または導入した後に触媒組成物を容器に導入するステップと、
Ｃ）原料と溶媒と触媒組成物とを容器中に、２０℃〜２００℃の前記温度範囲にて５分〜７２時間の範囲の時間維持するステップと、
Ｄ）加水分解生成物を容器から除去するステップと
を含むバッチプロセスである、請求項１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
加水分解生成物の全てが、さらなる原料と水溶性加水分解種を含有する溶媒とを導入する前に、容器から除去される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
加水分解生成物の一部分、すなわち残留分が、容器中に残される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
Ａ）溶媒の少なくとも一部分を既に含有する容器中に原料を連続的に導入するステップと、
Ｂ）触媒組成物を容器に導入するステップと、
Ｃ）ある重量の加水分解生成物を容器から連続的に除去するステップと
を含む連続プロセスである、請求項１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
プラグ流れプロセスである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
連続撹拌反応器を用いる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
溶媒流れの一部分が、容器に導入される前に原料と混合され、溶媒と原料流れの比率が、容器中の溶媒の量＋原料流れに伴う溶媒の量に基づく、請求項２７から３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
リグノセルロース原料を溶媒と接触させる前に、ある量の原料を、少なくとも第１原料流れに分配して、触媒を第１原料流れに加えて第１原料流れの原料を加水分解することにより第１溶媒流れを創出し、触媒の量が、全ての原料の乾燥含有物１ｇあたり０．１〜１５０ＦＰＵの範囲にあり、加水分解が、２０℃〜９５℃の範囲の温度にて５分〜７２時間の範囲の時間行われ、リグノセルロース原料と溶媒と第１溶媒流れの溶媒とが、互いに接触され、接触が、前記温度範囲に前記時間範囲の時間維持される、請求項１から３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
第１溶媒流れの一部分が、第１原料流れではない原料と、容器に導入する前に混合され、溶媒流れと原料流れの比率全てが、第１溶媒流れおよび容器中の溶媒の量である溶媒流れの全量に基づく、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
加水分解生成物中の固体の少なくとも一部分が、加水分解生成物から分離される、請求項１から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
固体の少なくとも一部分が、加水分解生成物から分離され、当該プロセスに再循環される、請求項１から３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
加水分解生成物流れからの固体の少なくとも一部分の分離が、液体サイクロンおよび遠心分離機からなる群より選択される装置により行われる、請求項１から３６のいずれかに記載の方法。