(57)【要約】  単一段階超臨界加水分解によってバイオマスを処理する方法であって、バイオマスがサイズ低減されている方法が開示される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発リグノセルロース系バイオマスをサイズ低減して、粒径約５００μｍ未満を有するリグノセルロース系バイオマスを形成する工程と、
混合物を形成する工程であって、
水、および
粒径約５００μｍ未満を有する前記リグノセルロース系バイオマス
を含む混合物を形成する工程と、
少なくとも１種類のＣ５またはＣ６サッカリドを生成するのに十分な時間、少なくとも約３７４℃の温度および少なくとも約２２１バールの圧力で水と前記混合物を接触させる工程と
を含む方法において、
前記混合物が、外因性の酸を実質的に含有しないことを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記サイズ低減が、任意にアンモニア、二酸化硫黄、およびその組み合わせからなる群から選択される化学物質の存在下にて、前記出発リグノセルロース系バイオマスを蒸気爆発させることを含むことを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記サイズ低減が、前記出発リグノセルロース系バイオマスを粉砕することを含むことを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記混合物が、Ｃ１〜Ｃ５アルコールを実質的に含有しないことを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記出発リグノセルロース系バイオマスが、丸太の形をとることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記出発リグノセルロース系バイオマスが、酸官能基を実質的に含有しないことを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記出発リグノセルロース系バイオマスが、自己加水分解に対して実質的に安定であることを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記リグノセルロース系バイオマスが、堅木、軟木、農業残留物、草、藻類、紙、廃棄物リグノセルロース系バイオマス、熱処理されたセルロース系バイオマス、化学的に処理されたセルロース系バイオマス、またはその組み合わせから誘導されることを特徴とする、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記リグノセルロース系バイオマスが、粒径約２５０μｍ未満を有することを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
前記リグノセルロース系バイオマスが、粒径約１２５μｍ未満を有することを特徴とする、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記リグノセルロース系バイオマスが、粒径約２５μｍ未満を有することを特徴とする、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｃ５またはＣ６サッカリドが、Ｃ５単糖、重合度約１５未満を有するＣ５オリゴ糖、Ｃ６単糖、重合度約１５未満を有するＣ６オリゴ糖、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種類の糖であることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記Ｃ５またはＣ６サッカリドが前記Ｃ５単糖であり、かつ前記Ｃ５単糖が、キシロース、アラビノース、リキソース、リボース、キシルロース、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種類の糖であることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
前記Ｃ５またはＣ６サッカリドが前記Ｃ６単糖であり、かつ前記Ｃ６単糖が、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種類の糖であることを特徴とする、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、
前記Ｃ５またはＣ６サッカリドが前記Ｃ５オリゴ糖であり、かつ前記Ｃ５オリゴ糖が重合度約２〜約１２を有することを特徴とする、方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、
前記Ｃ５またはＣ６サッカリドが前記Ｃ６オリゴ糖であり、かつ前記Ｃ６オリゴ糖が重合度約２〜約１４を有することを特徴とする、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｃ５またはＣ６サッカリドが、グルコースとキシロースの組み合わせであることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、
前記接触工程前に、前記混合物を少なくとも約２００℃の温度に加熱することをさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｃ５およびＣ６サッカリドのうちの少なくとも１つを発酵させることをさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法において、
気相中に放出された少なくとも１種類の成分を回収することを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、
前記成分が、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール、酢酸、メタノール、またはその組み合わせであることを特徴とする、方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法において、
前記期間が約０．１秒〜約１０秒であることを特徴とする、方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｃ５およびＣ６サッカリドのうちの少なくとも１つを精製することをさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、
前記精製が、擬似移動層クロマトグラフィーを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法によって生成されることを特徴とする、組成物。
【請求項２６】
組成物の全重量に対して、Ｃ５単糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、重合度約１５未満を有するＣ５オリゴ糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、Ｃ６単糖を約０．１重量％〜約８重量％；
組成物の全重量に対して、重合度約１５未満を有するＣ６オリゴ糖を約０．１重量％〜約８重量％；
含むことを特徴とする、組成物。
【請求項２７】
組成物の全重量に対して、Ｃ５単糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、Ｃ６単糖を約０．１重量％〜約８重量％；
含むことを特徴とする、組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１２年７月１３日出願の米国仮特許出願第６１／６７１，２６４号明細書の利益を主張する。
【０００２】
本発明は一般に、超臨界加水分解を用いて、バイオマスを処理する方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、単一段階超臨界加水分解を用いて、バイオマスを処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
超臨界加水分解、酸加水分解、および酵素加水分解などの、リグノセルロース系バイオマスを発酵性Ｃ５およびＣ６糖へと転化する方法が存在する。
【０００４】
酸加水分解において、硫酸または塩酸などの強鉱酸が溶媒として使用され、セルロース固形物が液相糖へと転化される。現在の酸加水分解技術には、科学技術的な弱点および経済的な不利点がある。技術的には、希酸を使用した酸プロセスには、製造装置に腐食を生じさせ得る高温および高圧が必要とされ、その酸の除去には大量の中和剤が必要である。濃酸を使用した酸プロセスは、それより低い温度および圧力で運転することができるが、それにはかなりの資本金と、その酸の除去および再循環の運転費用が必要である。したがって、希酸システムには、システム構成要素の管理および維持のためにかなりの運転費用が必要であり、濃酸システムには、構成時に複雑な酸回収システムおよび特殊な材料のためのかなりの資本費用が必要とされる。酸の購入自体が、システムに対するかなりの費用である。
【０００５】
固有の経済的問題のために、現在は大規模に実施されていないが、技術の基本はよく知られている。濃酸および特殊な回収システムに焦点を当て、一部では酸加水分解が続行されている。これらの酸技術の一部は、増加しつつある量の使用された酸を回収することによって、このプロセスの運転費の問題にある程度対処する可能性を有するが、これらの大規模な回収システムには、かなりの資本支出が必要であり、得られる糖は高くつき過ぎる。
【０００６】
酵素加水分解は、リグノセルロース系バイオマス中に固有のヘミセルロースまたはセルロースを可溶化することができる生物学的触媒の開発を伴う。この分野において進歩はあったが（数十年間研究されている）、問題は２つあり：経済的側面および供給原料の融通性である。酵素加水分解は現在、その市場において、異なるセットの課題に直面している。第一に、酵素自体の費用が高い。第二に、酵素の事業もまた、その酵素自体の生産施設建設の問題、または各週の酵素の数回の輸送の管理および支払いの問題に直面しており、いずれのシナリオでも、上流資本費用におけるかなりの投資が必要である。第三に、酵素は、バイオマスを分解するのに日数もかかり、資本費用が高くなる。酵素経路によって、ごくわずかな副生成物が生成するが、加水分解速度が非常に遅く、大きな反応容器と大量の高価な酵素が必要である。酵素はまた、転化にて相対的に非効率的であり、そのためバイオマスは通常、蒸気爆発、従来の、または特殊な粉砕技術によって、または蒸煮がま技術を用いて前処理される。最後に、様々なタイプのバイオマスに対して酵素を最適化する必要があり得る−非常に長い時間かかり、かなりの金額がかかり、かつ不確実な結果を有し得るプロセスである。
【０００７】
スイッチグラス、トウモロコシの茎および穂軸、コムギのわら、および軟木などのすべての種類の供給原料、特に自己加水分解に安定である供給原料を利用したプロセスを開発することが望まれる。重要な消耗品を使用せず、かつそれ自体のプロセスエネルギーの大部分を生成することができることから、セルロースを迅速に分解するために高温および高圧で水のみを用いた超臨界加水分解プロセスを開発することも望まれる。本発明の方法および組成物は、これらに対してのみならず、他の重要な目的に対しても向けられている。
【発明の概要】
【０００８】
特定の実施形態において、本発明は、超臨界水を使用して、十分な酸官能性が欠如しているために、自己加水分解に適してないバイオマス（軟木および一部の草など）を利用することができるプロセスであって、加水分解を生じさせる酸性環境が提供されるプロセスに関する。単一段階プロセスにおいて超臨界反応器に直接、バイオマス微粒子（例えば、約５００ミクロン未満）のスラリーを供給することによって、超臨界水は、ヘミセルロースとセルロースの両方を同時に加水分解することを可能にする。
【０００９】
特定の実施形態において、本発明は、十分な酸官能性なく、バイオマスを利用することができるプロセスに関し、自己加水分解を実現するのに長い時間かかる、または酸を添加する必要があることから、特定の二段階プロセスは、希望されるほどには効率的ではない。本発明の一段階プロセスは、プロセスに酸を添加する必要性がない。従来のプロセスでは、酸添加剤を使用して、酸官能性が限られているバイオマスからヘミロースが加水分解される。本発明の一段階プロセスは、酸添加剤が使用されず、プロセスが小さな反応器の設置面積しかとらないことから、これらの競合するプロセスよりも優れている。さらに、従来の二段階バイオマス加水分解プロセスは一般に、加水分解された糖を２つのストリーム：Ｃ５ストリームが生じる第１工程およびＣ６ストリームが生じる第２工程に分ける。Ｃ５およびＣ６糖ストリームの分離によって、１つまたは複数の次のプロセスにおいて各ストリームを所望の最終生成物へと別々かつ効率的に変換（例えば、発酵）することが可能となる。一部の生物、酵素、またはプロセスは、Ｃ５糖およびＣ６糖両方の混合物を容易に取り扱うことができず、そのため、このストリームの分離は、効率的に変換させるために多くの場合に必要である。しかしながら、自己加水分解が第１工程で十分に起こらなかった場合、最初の「自己加水分解」工程後にかなりの量のＣ５糖が残り、第２加水分解工程で、Ｃ５糖およびＣ６糖両方を含む単糖の単一ストリームが生成される。かかる状況において、第１「自己加水分解」工程では、Ｃ６糖ストリームからＣ５糖ストリームが効率的に分離することなく、かなりの資本支出および運転費用が付加される。したがって、本発明の方法は、混合Ｃ５およびＣ６糖ストリームが許容される、またはさらには望まれるような状況において優れている。さらに、Ｃ６糖からかなりの量のＣ５糖を分離するのに十分な程度まで自己加水分解が起こる状況でさえ、自己加水分解システムの資本支出および運転費用を省くことができるため、本発明の方法は依然として、混合Ｃ５およびＣ６糖ストリームを許容し得る、プロセスまたは変換に対して望ましく、有益である。
【００１０】
一実施形態において、本発明は、
出発リグノセルロース系バイオマスをサイズ低減して、粒径約５００μｍ未満を有するリグノセルロース系バイオマスを形成する工程と、
混合物を形成する工程であって、
水、および
粒径約５００μｍ未満を有する前記リグノセルロース系バイオマス
を含む混合物を形成する工程と、
少なくとも１種類のＣ５またはＣ６サッカリドを生成するのに十分な時間、少なくとも約３７４℃の温度および少なくとも約２２１バールの圧力で水と前記混合物を接触させる工程と
を含む方法であって、
前記混合物が、外因性の酸を実質的に含有しない、方法に関する。一実施形態において、そのサイズ低減は、任意にアンモニア、二酸化硫黄、およびその混合物からなる群から選択される化学物質の存在下にて、前記出発リグノセルロース系バイオマスを蒸気爆発させることを含む。一実施形態において、サイズ低減は、前記出発リグノセルロース系バイオマスを粉砕することを含む。
【００１１】
他の実施形態において、本発明は、その方法によって生成される生成物に関する。
【００１２】
他の実施形態において、本発明は、
組成物の全重量に対して、Ｃ５単糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、重合度約１５未満を有するＣ５オリゴ糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、Ｃ６単糖を約０．１重量％〜約８重量％；および
組成物の全重量に対して、重合度約１５未満を有するＣ６オリゴ糖を約０．１重量％〜約８重量％；
含む組成物に関する。
【００１３】
他の実施形態において、本発明は、
組成物の全重量に対して、Ｃ５単糖を約０．１重量％〜約４重量％；および
組成物の全重量に対して、Ｃ６単糖を約０．１重量％〜約８重量％；
含む組成物に関する。
【００１４】
本発明の更なる理解を提供するために包含され、かつ本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例証し、明細書と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、超臨界加水分解システムの概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、硬木または軟木を本発明の方法にかけた場合に得られる、異なる糖の収率％を図示する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、これらの供給原料を本発明の方法にかけた場合に、硬木または軟木に存在する異なる多糖の転化率％を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記および開示内容全体を通して用いられる、以下の用語は、別段の指定がない限り、以下の意味を有すると理解されるべきである。
【００１７】
本明細書で使用される、単数形「１つ（ａ）」、「１種類（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈で特にはっきりと示されていない限り、複数形を包含する。
【００１８】
本発明は様々な形態で具体化することができるが、本発明の開示内容が本発明の例証としてみなされ、かつ例証される特定の実施形態に本発明を限定することを意図するものではないという理解のために、いくつかの実施形態の以下の説明がなされている。表題は単に便宜上提供されており、本発明を限定するものと解釈すべきではない。いずれかの表題の下に説明される実施形態は、他の表題の下で説明される実施形態と組み合わせてもよい。
【００１９】
特に明確に指定されていない限り、本出願で指定される様々な定量的値の数値の使用は、指定の範囲内の最小値および最大値の前にあたかも「約」という単語がつけられているかのごとく、近似値として述べられる。このように、指定値のわずかなバリエーションを用いて、指定値と実質的に同じ結果を達成することができる。また、範囲の開示は、記載の最小値と最大値の間のすべての値を含む連続的範囲として、ならびにかかる値によって形成されるあらゆる範囲として意図される。記載の数値を他の記載の数値へと割ることによって形成される、いずれかの比およびすべての比（およびかかるいずれかの比の範囲）も、本明細書に開示される。したがって、当業者は、多くのかかる比、範囲、および比の範囲が、本明細書に示される数値から明らかに誘導することができ、すべての場合において、かかる比、範囲、および比の範囲が本発明の種々の実施形態を表すことを理解されよう。
【００２０】
超臨界流体は、その臨界温度を超える温度にて、かつその臨界圧力を超える圧力にて流体である。超臨界流体は、液体および蒸気（気体）相が互いに平衡状態で存在し得る、最高温度および圧力のポイントである、その「臨界点」にて、またはそれを超えて存在する。臨界圧力および臨界温度を超えると、液相と気相の境界がなくなる。超臨界流体は、液体の溶媒特性と同時に、ほぼ気体の透過特性を有する。したがって、超臨界流体抽出は、高い透過性および良好な溶媒和の利点を有する。
【００２１】
報告される臨界温度および圧力は：純水に関して、臨界温度約３７４．２℃、および臨界圧力約２２１バール；二酸化炭素に関して、臨界温度約３１℃および臨界圧力約７２．９気圧（約１０７２ｐｓｉｇ）を含む。近臨界水は、約３００℃以上および水の臨界温度（３７４．２℃）未満の温度、およびすべての流体が液相中に確実に存在するのに十分に高い圧力を有する。亜臨界水は、約３００℃未満の温度およびすべての流体が液相中に確実に存在するのに十分に高い圧力を有する。亜臨界水温度は、約２５０℃を超え、かつ約３００℃未満であってもよく、多くの場合には、亜臨界水は、約２５０〜約２８０℃の温度を有する。「加圧熱水」という用語は本明細書において、その臨界状態にある、またはその臨界状態を超える状態にある、または本明細書において近臨界または亜臨界として定義される、または亜臨界未満であるが約５０℃を超える他の温度（好ましくは、少なくとも約１００℃、最も好ましくは少なくとも約１５０℃）および水が液体状態であるような圧力での水に対して同義で使用される。
【００２２】
本明細書で使用される、「超臨界」である流体（例えば、超臨界水、超臨界ＣＯ２等）は、所定の温度および圧力条件下で純粋な形で存在する場合に超臨界であると考えられる流体を意味する。例えば、「超臨界水」は、水が純水であろうと、混合物（例えば、水とエタノール、水とＣＯ２等）として存在しようと、少なくとも約３７４．２℃の温度および少なくとも約２２１バールの圧力で存在する水を意味する。したがって、例えば、「亜臨界水と超臨界二酸化炭素との混合物」は、超臨界相が水を含有するかどうかにかかわらず、かつ水相が二酸化炭素を含有するかどうかにかかわらず、二酸化炭素の臨界点を超えるが、水の臨界点未満の温度および圧力での水と二酸化炭素の混合物を意味する。例えば、亜臨界水と超臨界ＣＯ２の混合物は、約２５０〜約２８０℃の温度と少なくとも約２２５バールの圧力を有し得る。
【００２３】
本明細書で使用される「連続的」とは、プロセスの継続期間に対してその期間途切れない、または一瞬だけ中断、中止または一時停止されるプロセスを意味する。バイオマスの処理は、バイオマスが、中断することなく、または実質的に中断することなく装置に供給される場合、または前記バイオマスの処理が回分式プロセスで行われない場合には「連続的」である。
【００２４】
本明細書で使用される、「滞在時間（ｒｅｓｉｄｅ）」とは、所定の部分またはボーラス（ｂｏｌｕｓ）の材料が反応域または反応容器内にある時間の長さを意味する。実施例およびデータを含む本明細書で使用される「滞留時間（ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ）」は、周囲条件で報告され、必ずしも実際の経過時間とは限らない。
【００２５】
本明細書で使用される、「実質的に含有しない」という用語は、組成物の全重量に対して、指定の材料を約１重量％未満、好ましくは約０．５重量％未満、およびさらに好ましくは約０．１重量％未満有する組成を意味する。
【００２６】
本明細書で使用される、「Ｃ１〜Ｃ５アルコール」は、炭素原子１〜５個を含むアルコールを意味する。Ｃ１〜Ｃ５アルコールの例としては、限定されないが、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、および２，２−ジメチル−１−プロパノールが挙げられる。これらのアルコールの１種または複数種の混合物を使用してもよい。
【００２７】
本明細書で使用される、「リグノセルロース系バイオマス」とは、様々な資源からのセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを含有する植物バイオマス、限定されないが、（１）農業残留物（トウモロコシの茎、サトウキビバガス、もみ殻、カラスムギの殻等）、（２）専用エネルギー作物、（３）木の残留物（製材工場および製紙工場の廃材など）、および（４）地方自治体廃棄物などを意味する。
【００２８】
バイオマスに対して本明細書で使用される、「蒸気爆発」とは、蒸気状態の熱（熱（ｔｈｅｒｍｏ））、水分の爆発による剪断力（機械（ｍｅｃｈａｎｏ））、およびグリコシド結合の加水分解（化学（ｃｈｅｍｉｃａｌ））によって助けられる、バイオマスの構造成分を分解するために使用される熱メカノケミカル（ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｏｃｈｅｍｉｃａｌ）プロセスを意味する。反応器内で、高圧下の蒸気は、圧力差により、または対流もしくは拡散によって、リグノセルロース系構造に浸透する。バイオマス自体の間質空間内に既に存在する水は、蒸気によって単に加熱され、それによって間質空間内に熱水および／または蒸気が形成される。蒸気の場合には、高圧下で蒸気が凝縮し、それによって材料が「湿潤」される（熱水の場合には、材料は既に湿潤している）。バイオマス中の水は、ヘミセルロースの酸官能基を加水分解し、酢酸などの遊離有機酸が形成される。ギ酸などの酸副生成物もまた形成し得る。次に、酸がヘミセルロースの解重合を触媒し、キシロ−オリゴ糖および限られた量のグルコ−オリゴ糖が放出される。極限条件下にて、セルロースの非晶質領域がある程度まで加水分解される。しかしながら、過度な条件、つまり高温および高圧もまた、フルフラールへのキシロースの分解および５−ヒドロキシメチルフルフラールへのグルコースの分解を促進し得る。「湿潤」バイオマスは、反応器内の圧力が放出された時に「爆発」する。この時点でいくつかの現象が起こる。第一に、構造内の凝縮された水分が、圧力が突然低下することにより瞬時に蒸発する。水蒸気の膨張は、周囲構造に対して剪断力を及ぼす。この剪断力が十分に高い場合には、蒸気は、リグノセルロース系構造の機械的破壊を生じさせる。
【００２９】
本明細書で使用される、「粉砕」とは、圧潰、摩砕、衝突ミリング（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｍｉｌｌｉｎｇ）など、固形物のサイズ低減に用いられる機械的技術を意味する。
【００３０】
したがって、一実施形態において、本発明は、
出発リグノセルロース系バイオマスをサイズ低減して、粒径約５００μｍ未満を有するリグノセルロース系バイオマスを形成する工程と、
混合物を形成する工程であって、
水、および
粒径約５００μｍ未満を有する前記リグノセルロース系バイオマス
を含む混合物を形成する工程と、
少なくとも１種類のＣ５またはＣ６サッカリドを生成するのに十分な時間、少なくとも約３７４℃の温度および少なくとも約２２１バールの圧力で水と前記混合物を接触させる工程と
を含む方法であって、
前記混合物が、外因性の酸を実質的に含有しない、方法に関する。
【００３１】
特定の実施形態において、そのサイズ低減は、任意にアンモニア、二酸化硫黄、およびその組み合わせからなる群から選択される化学物質の存在下にて、前記出発リグノセルロース系バイオマスを蒸気爆発させることを含む。特定の他の実施形態において、サイズ低減は、前記出発リグノセルロース系バイオマスを粉砕することを含む。
【００３２】
図１は、本発明の方法を行うために使用され得るシステムの一例を示す。図１の特徴は、水（１）、急冷ポンプ（２）、凝縮物（３）、冷却水供給（４）、屋根への排気（５）、冷却水の戻り（６）、超臨界水ポンプ（７）、スチームヒーター（８）、電気ヒーター（９）、水の戻り（１０）、セルロース加水分解供給タンク（１１）（つまり、超臨界加水分解反応器内に後に供給される、バイオマスと水の混合物を保有するタンク）、スラリーポンプ（１２）、蒸気供給（１３）、圧力制御弁（１４）、減圧弁（１５）、フラッシュタンク（１６）、試料口（１７）、受け取りタンク（１８）、および凝縮器（１９）を含む。
【００３３】
特定の実施形態において、前記混合物は、Ｃ１〜Ｃ５アルコールを実質的に含有しない。
【００３４】
特定の実施形態において、前記出発リグノセルロース系バイオマスは、丸太の形をとる。
【００３５】
特定の実施形態において、前記出発リグノセルロース系バイオマスは、酸官能基を実質的に含有しない。酸官能基としてはアセチル基が挙げられる。バイオマスに存在する酸官能基は、固体分析−Ｃ−Ｏ−Ｃ結合すべてが強酸（例えば、硫酸）の存在下にて分解され、得られた液体が高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を使用して分析され、バイオマス上の酸（例えば、アセチル）基の量が示される、分析手順によって測定され得る。
【００３６】
特定の実施形態において、前記出発リグノセルロース系バイオマスは実質的に、自己加水分解に対して安定である。本明細書で使用される、「自己加水分解」とは、バイオマス上に天然に存在する酸基が、熱水処理（例えば、水を含む液体中で高温および／高圧で）中にバイオマスから放出されるプロセスである。熱水処理中に放出される酸官能基は、バイオマス／液体混合物のｐＨを下げ、それによってバイオマス中に存在する多糖（ヘミセルロースなど）の少なくとも一部の加水分解（つまり、自己加水分解）が起こる。本明細書で使用される、「自己加水分解に対して実質的に安定な」とは、（ａ）熱水処理中の少なくとも部分的な（例えば、実質的または完全な）自己加水分解を起こすことを可能にするのに十分な酸官能基を持たないバイオマス、および／または（ｂ）自己加水分解が起こる可能性を有する十分な酸官能基を有するが、バイオマスの構造的および／または化学的特性の結果として、少なくとも部分的な自己加水分解を起こすのに十分な量で酸官能基が放出されない、かつ／または放出された酸官能基が、バイオマスのなくとも部分的な（例えば、実質的または完全な）自己加水分解を促進することができない、バイオマスを意味する。
【００３７】
特定の実施形態において、前記リグノセルロース系バイオマスは、堅木、軟木、農業残留物、草、藻類、紙、廃棄物リグノセルロース系バイオマス、熱処理されたセルロース系バイオマス、化学的に処理されたセルロース系バイオマス、またはその組み合わせから誘導される。
【００３８】
特定の実施形態において、前記リグノセルロース系バイオマスは、約５００μｍ未満、例えば、約４５０μｍ未満、約４００μｍ未満、約３５０μｍ未満、約３００μｍ未満、約２５０μｍ未満、約２００μｍ未満、約１５０μｍ未満、約１２５μｍ未満、約１００μｍ未満、約７５μｍ未満、約５０μｍ未満、または約２５μｍ未満の粒径を有する。その代わりとして、前記リグノセルロース系バイオマスは、約５μｍを超える、例えば、約１０μｍを超える、約２５μｍを超える、約５０μｍを超える、約７５μｍを超える、約１００μｍを超える、約１２５μｍを超える、約１５０μｍを超える、約２００μｍを超える、約２５０μｍを超える、約３００μｍを超える、約３５０μｍを超える、約４００μｍを超える、または約４５０μｍを超える粒径を有する。したがって、前記リグノセルロース系バイオマスの粒径は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、粒径は、約２５０μｍ〜約４５０μｍ、約２５μｍ〜約１２５μｍ、または約４００μｍ〜約５００μｍであり得る。
【００３９】
特定の実施形態において、前記Ｃ５またはＣ６サッカリドは、Ｃ５単糖、重合度約１５未満を有するＣ５オリゴ糖、Ｃ６単糖、重合度約１５未満を有するＣ６オリゴ糖、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種類の糖である。
【００４０】
特定の実施形態において、前記Ｃ５またはＣ６サッカリドは前記Ｃ５単糖であり、前記Ｃ５単糖は、キシロース、アラビノース、リキソース、リボース、キシルロース、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種類の糖である。
【００４１】
特定の実施形態において、前記Ｃ５またはＣ６サッカリドは前記Ｃ６単糖であり、前記Ｃ６単糖は、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、およびその組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種類の糖である。
【００４２】
特定の実施形態において、前記Ｃ５またはＣ６サッカリドは前記Ｃ５オリゴ糖であり、前記Ｃ５オリゴ糖は、重合度約２〜約１５を有する。例えば、Ｃ５オリゴ糖は、約２以上、例えば、約３以上、約４以上、約５以上、約６以上、約７以上、約８以上、約９以上、約１０以上、約１１以上、約１２以上、約１３以上、または約１４以上の重合度を有する。その代わりとして、またはさらに、Ｃ５オリゴ糖は、約１５以下、例えば、約１４以下、約１３以下、約１２以下、約１１以下、約１０以下、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４以下、または約３以下の重合度を有する。したがって、Ｃ５オリゴ糖は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成される重合度を有し得る。例えば、Ｃ５オリゴ糖は、重合度約４〜約１０、約６〜約１２、または約３〜約５を有する。好ましい実施形態において、Ｃ５オリゴ糖は重合度約２〜約１２を有する。
【００４３】
特定の実施形態において、前記Ｃ５またはＣ６サッカリドは前記Ｃ６オリゴ糖であり、前記Ｃ６オリゴ糖は重合度約２〜約１５を有する。例えば、Ｃ６オリゴ糖は、約２以上、例えば、約３以上、約４以上、約５以上、約６以上、約７以上、約８以上、約９以上、約１０以上、約１１以上、約１２以上、約１３以上、または約１４以上の重合度を有する。その代わりとして、またはさらに、Ｃ６オリゴ糖は、約１５以下、例えば、約１４以下、約１３以下、約１２以下、約１１以下、約１０以下、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４以下、または約３以下の重合度を有する。したがって、Ｃ６オリゴ糖は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成される重合度を有し得る。例えば、Ｃ６オリゴ糖は、重合度約３〜約９、約１０〜約１５、または約２〜約７を有し得る。好ましい実施形態において、Ｃ６オリゴ糖は、重合度約２〜約１４を有する。
【００４４】
特定の実施形態において、前記Ｃ５またはＣ６サッカリドは、グルコースとキシロースの組み合わせである。
【００４５】
特定の実施形態において、その方法はさらに、前記接触工程前に、少なくとも約１５０℃の温度に前記混合物を加熱する工程を含む。例えば、混合物は、接触工程前に少なくとも約１７５℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２２５℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約２７５℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３２５℃、または少なくとも約３５０℃の温度に加熱され得る。その代わりとして、またはさらに、混合物は、接触工程前に約３６０℃以下、例えば、約３５０℃以下、約３２５℃以下、約３００℃以下、約２７５℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、約２００℃以下、または約１７５℃以下の温度に加熱され得る。したがって、接触工程前に、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成される温度に加熱され得る。例えば、混合物は、接触工程前に、約２２５℃〜約３５０℃、約２７５℃〜約３２５℃、または約１７５℃〜約２５０℃の温度に加熱され得る。好ましい実施形態において、混合物は、接触工程前に少なくとも約２００℃の温度に加熱される。
【００４６】
特定の実施形態において、混合物の全重量に対する混合物の固形分は、約１重量％以上、例えば、約５重量％以上、約１０重量％以上、約１１重量％以上、約１２重量％以上、約１３重量％以上、約１４重量％以上、約１５重量％以上、約１６重量％以上、約１７重量％以上、約１８重量％以上、約１９重量％以上、約２０重量％以上、約２１重量％以上、約２２重量％以上、約２３重量％以上、約２４重量％以上、約２５重量％以上、約２６重量％以上、約２７重量％以上、約２８重量％以上、約２９重量％以上、約３０重量％以上、約３２重量％以上、または約３４重量％以上である。その代わりとして、またはさらに、混合物の全重量に対する混合物の固形分は、約３５量％以下、例えば、約３４重量％以下、約３２重量％以下、約３０重量％以下、約２９重量％以下、約２８重量％以下、約２７重量％以下、約２６重量％以下、約２５重量％以下、約２４重量％以下、約２３重量％以下、約２２重量％以下、約２１重量％以下、約２０重量％以下、約１９重量％以下、約１８重量％以下、約１７重量％以下、約１６重量％以下、約１５重量％以下、約１４重量％以下、約１３重量％以下、約１２重量％以下、約１１重量％以下、約１０重量％以下、約５重量％以下である。したがって、混合物の固形分は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、混合物の固形分は、約１５重量％〜約２９重量％、約１０重量％〜約１８重量％、または約２４重量％〜約２７重量％であり得る。
【００４７】
特定の実施形態において、その方法はさらに、前記Ｃ５およびＣ６サッカリドのうちの少なくとも１つを発酵させる工程を含む。
【００４８】
特定の実施形態において、その方法はさらに、気相中に放出された少なくとも１種類の成分を回収する工程を含む。特定の実施形態において、前記成分は、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール、酢酸、メタノール、またはその組み合わせである。
【００４９】
混合物と接触させる水は、少なくとも約３７４℃、例えば、少なくとも約３７５℃、少なくとも約３８０℃、少なくとも約３９０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約４１０℃、少なくとも約４２０℃、少なくとも約４３０℃、少なくとも約４４０℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約４６０℃、少なくとも約４７０℃、少なくとも約４８０℃、少なくとも約４９０℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約５１０℃、少なくとも約５２０℃、少なくとも約５３０℃、少なくとも約５４０℃、または少なくとも約５５０℃の温度を有する。その代わりとして、またはさらに、混合物と接触させる水は、約５７５℃以下、例えば、約５５０℃以下、約５４０℃以下、約５３０℃以下、約５２０℃以下、約５１０℃以下、約５００℃以下、約４９０℃以下、約４８０℃以下、約４７０℃以下、約４６０℃以下、約４５０℃以下、約４４０℃以下、約４３０℃以下、約４２０℃以下、約４１０℃以下、約４００℃以下、約３９０℃以下、約３８０℃以下、または約３７５℃以下の温度を有する。したがって、混合物と接触させる水は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成される温度を有し得る。例えば、その水は、約３７４℃〜約４５０℃、約４００℃〜約５２０℃、または約３７５℃〜約４３０℃の温度を有し得る。
【００５０】
混合物と接触させる水は、少なくとも約２２１バール、例えば、少なくとも約２２５バール、少なくとも約２３０バール、少なくとも約２５０バール、少なくとも約２７５バール、少なくとも約３００バール、少なくとも約３２５バール、少なくとも約３５０バール、少なくとも約３７５バール、少なくとも約４００バール、少なくとも約４２５バール、少なくとも約４５０バール、少なくとも約４７５バール、少なくとも約５００バール、少なくとも約５２５バール、少なくとも約５５０バール、少なくとも約５７５バール、少なくとも約６００バール、少なくとも約６２５バール、少なくとも約６５０バール、少なくとも約６７５バール、少なくとも約７００バール、少なくとも約７２５バール、少なくとも約７５０バール、少なくとも約７７５バール、または少なくとも約８００バールの圧力を有する。その代わりとして、またはさらに、混合物と接触させる水は、約８００バール未満、例えば、約７７５バール未満、約７５０バール未満、約７２５バール未満、約７００バール未満、約６７５バール未満、約６５０バール未満、約６２５バール未満、約６００バール未満、約５７５バール未満、約５５０バール未満、約５２５バール未満、約５００バール未満、約４７５バール未満、約４５０バール未満、約４２５バール未満、約４００バール未満、約３７５バール未満、約３５０バール未満、約３２５バール未満、約３００バール未満、約２７５バール未満、約２５０バール未満、または約２２５バール未満の圧力を有し得る。したがって、混合物と接触させる水の圧力は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、その圧力は、約２３０バール〜約５００バール、約３２５バール〜約７５０バール、または約２７５バール〜約３５０バールであり得る。
【００５１】
特定の実施形態において、前記期間は、約０．１秒〜約１０秒である。例えば、その期間は、約０．１秒以上、例えば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．７秒以上、約０．８秒以上、約０．９秒以上、約１秒以上、約１．１秒以上、約１．２秒以上、約１．３秒以上、約１．４秒以上、約１．５秒以上、約２秒以上、約２．５秒以上、約３秒以上、約３．５秒以上、約４秒以上、約４．５秒以上、約５秒以上、約６秒以上、約７秒以上、約８秒以上、または約９秒以上である。その代わりとして、またはさらに、その期間は、約１０秒以下、例えば、約９秒以下、約８秒以下、約７秒以下、約６秒以下、約５秒以下、約４．５秒以下、約４秒以下、約３．５秒以下、約３秒以下、約２．５秒以下、約２秒以下、約１．５秒以下、約１．４秒以下、約１．３秒以下、約１．２秒以下、約１．１秒以下、約１秒以下、約０．９秒以下、約０．８秒以下、約０．７秒以下、約０．６秒以下、約０．５秒以下、約０．４秒以下、約０．３秒以下、または約０．２秒以下である。したがって、その期間は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、その期間は、約０．１秒〜約０．３秒、約１．１秒〜約５秒、または約０．９秒〜約９秒であり得る。好ましい実施形態において、その期間は約１．４秒以下である。
【００５２】
特定の実施形態において、この方法はさらに、前記Ｃ５およびＣ６サッカリドのうちの少なくとも１つを精製する工程を含む。適切な精製方法としては、クロマトグラフィー等が挙げられる。擬似移動層クロマトグラフィーが好ましい。
【００５３】
本発明の方法は好ましくは、連続的に行われるが、回分式または半回分式プロセスとして実施してもよい。
【００５４】
本発明の方法は、限定されないが、管型反応器、蒸煮がま（垂直、水平、または傾斜）等のいずれかの適切な反応器内で製造され得る。適切な蒸煮がまとしては、その開示内容全体が参照により組み込まれる、米国特許第８，０５７，６３９号明細書に記載される、蒸煮がまと蒸気爆発ユニットを含む、蒸煮がまシステムが挙げられる。
【００５５】
特定の実施形態において、Ｃ５およびＣ６サッカリド糖は、限定されないが、サッカロミセス・セレビジエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）およびクロストリジウム属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓｐ）を使用した酵母発酵などの当業者に公知の技術を用いて、エタノール、ブタノール、およびその組み合わせへと発酵され得る。特定の好ましい実施形態において、オリゴマー発酵槽は、オリゴマーを直接取り込むことができる（一般に、例えば、クロストリジウム・テルモセルム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ）に関しては６ｍｅｒ単位の最大サイズまで）。
【００５６】
特定の実施形態において、前記Ｃ５および／またはＣ６サッカリドの収率は、理論収量の少なくとも３０％、例えば、理論収量の少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％である。好ましい実施形態において、Ｃ５およびＣ６サッカリドの収率は、理論収量の少なくとも約７０％、最も好ましくは少なくとも約８５％である。本明細書で使用される収率％は、Ｃ５サッカリドのみ、Ｃ６サッカリドのみ、またはＣ５およびＣ６サッカリドの組み合わせの収率％を意味し得る。本明細書で使用される収率％は、本明細書の他で定義される、特定のＣ５および／またはＣ６サッカリドのいずれかの収率％も意味し得る。
【００５７】
特定の実施形態において、前記Ｃ５および／またはＣ６サッカリドの転化率は、少なくとも約２０％、例えば、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または約１００％である。本明細書で使用される、転化率とは、Ｃ５サッカリドのみ、Ｃ６サッカリドのみ、またはＣ５およびＣ６サッカリドの組み合わせの転化率を意味し得る。本明細書で使用される、転化率は、本明細書の他で定義される、特定のＣ５および／またはＣ６サッカリドのいずれかの転化率も意味し得る。好ましい実施形態において、Ｃ６サッカリドの転化率は少なくとも約５０％である。好ましい実施形態において、Ｃ５サッカリドの転化率は少なくとも約８５％である。
【００５８】
他の実施形態において、本発明は、本明細書に記載の方法によって生成される生成物に関する。
【００５９】
他の実施形態において、本発明は、
組成物の全重量に対して、Ｃ５単糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、重合度約１５未満を有するＣ５オリゴ糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、Ｃ６単糖を約０．１重量％〜約８重量％；
組成物の全重量に対して、重合度約１５未満を有するＣ６オリゴ糖を約０．１重量％〜約８重量％；
含む、組成物に関する。
【００６０】
他の実施形態において、本発明は、
組成物の全重量に対して、Ｃ５単糖を約０．１重量％〜約４重量％；
組成物の全重量に対して、Ｃ６単糖を約０．１重量％〜約８重量％；
含む組成物に関する。
【００６１】
Ｃ５単糖は、組成物の全重量に対して、少なくとも約０．１重量％、例えば、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約１重量％、少なくとも約１．５重量％、少なくとも約２重量％、少なくとも約２．５重量％、少なくとも約３重量％、または少なくとも約３．５重量％の量で組成物中に存在し得る。その代わりとして、またはさらに、Ｃ５単糖は、組成物の全重量に対して、約４重量％未満、例えば、約３．５重量％未満、約３重量％未満、約２．５重量％未満、約２重量％未満、約１．５重量％未満、約１重量％未満、または約０．５重量％未満の量で組成物中に存在し得る。したがって、組成物中に存在するＣ５単糖の量は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、Ｃ５単糖は、組成物の全重量に対して、約０．５〜約３．５重量％、約１〜約４重量％、または約２．５〜約３重量％の量で組成物中に存在し得る。
【００６２】
Ｃ５オリゴ糖は、組成物の全重量に対して、少なくとも約０．１重量％、例えば、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約１重量％、少なくとも約１．５重量％、少なくとも約２重量％、少なくとも約２．５重量％、少なくとも約３重量％、または少なくとも約３．５重量％の量で組成物中に存在し得る。その代わりとして、またはさらに、Ｃ５オリゴ糖は、組成物の全重量に対して、約４重量％未満、例えば、約３．５重量％未満、約３重量％未満、約２．５重量％未満、約２重量％未満、約１．５重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満の量で組成物中に存在し得る。したがって、組成物中に存在するＣ５オリゴ糖の量は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、Ｃ５オリゴ糖は、組成物の全重量に対して、約１．５重量％〜約４．５重量％、約０．１重量％〜約２重量％、または約１．５重量％〜約３．５重量％の量で組成物中に存在し得る。
【００６３】
Ｃ６単糖は、組成物の全重量に対して、少なくとも約０．１重量％、例えば、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約１重量％、少なくとも約１．５重量％、少なくとも約２重量％、少なくとも約２．５重量％、少なくとも約３重量％、少なくとも約３．５重量％、少なくとも約４重量％、少なくとも約４．５重量％、少なくとも約５重量％、少なくとも約５．５重量％、少なくとも約６重量％、少なくとも約６．５重量％、少なくとも約７重量％、または少なくとも約７．５重量％の量で組成物中に存在し得る。その代わりとして、またはさらに、Ｃ６単糖は、組成物の全重量に対して、約８重量％、例えば、約７．５重量％未満、約７重量％未満、約６．５重量％未満、約６重量％未満、約５．５重量％未満、約５重量％未満、約４．５重量％未満、約４重量％未満、約３．５重量％未満、約３重量％未満、約２．５重量％未満、約２重量％未満、約１．５重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満の量で組成物中に存在し得る。したがって、組成物中に存在するＣ６単糖の量は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、Ｃ６単糖は、組成物の全重量に対して、約０．５重量％〜約６．５重量％、約１．５重量％〜約７重量％、または約２．５重量％〜約３重量％の量で組成物中に存在し得る。
【００６４】
Ｃ６オリゴ糖は、組成物の全重量に対して、少なくとも約０．１重量％、例えば、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約１重量％、少なくとも約１．５重量％、少なくとも約２重量％、少なくとも約２．５重量％、少なくとも約３重量％、少なくとも約３．５重量％、少なくとも約４重量％、少なくとも約４．５重量％、少なくとも約５重量％、少なくとも約５．５重量％、少なくとも約６重量％、少なくとも約６．５重量％、少なくとも約７重量％、または少なくとも約７．５重量％の量で組成物中に存在し得る。その代わりとして、またはさらに、Ｃ６オリゴ糖は、組成物の全重量に対して、約８重量％未満、例えば、約７．５重量％未満、約７重量％未満、約６．５重量％未満、約６重量％未満、約５．５重量％未満、約５重量％未満、約４．５重量％未満、約４重量％未満、約３．５重量％未満、約３重量％未満、約２．５重量％未満、約２重量％未満、約１．５重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満の量で組成物中に存在し得る。したがって、組成物中に存在するＣ６オリゴ糖の量は、上述の終点のうちのいずれか２つによって範囲が形成され得る。例えば、Ｃ６オリゴ糖は、組成物の全重量に対して、約０．５重量％〜約６．５重量％、約１．５重量％〜約７重量％、または約２．５重量％〜約３重量％の量で組成物中に存在し得る。
【００６５】
特定の実施形態において、本明細書に記載の前記組成物はさらに、組成物の全重量に対して副生成物を約１５重量％未満、好ましくは約１０重量％未満含み、前記副生成物は、グリコールアルデヒド、グリコール酸、グリセルアルデヒド、およびその組み合わせからなる群から選択される。
【００６６】
本発明の組成物は、エタノールまたはブタノールへと発酵され得る、または有用な他の材料へと転化され得る、出発原料として特に有用である。
【００６７】
グリコールアルデヒドは、例えばラネーニッケル触媒を使用してモノエチレングリコール（ＭＥＧ）へと容易に水素化され得る。ラネーニッケル触媒は、ニッケル−アルミニウム合金から誘導される大部分がニッケルで構成される微粒子固体である。ラネーニッケルは、「骨格（ｓｋｅｌｅｔａｌ）触媒」または「スポンジ金属触媒」としても化学分野で知られている。さらに、グリコール酸、グリセロールアルデヒド、乳酸、および酢酸が生成され、例えば液液抽出を用いて単離することができる。
【００６８】
本発明の方法によって生成される生成物および組成物は、Ｃ５およびＣ６糖が従来から用いられている多種多様な用途、限定されないが、発酵、酵素、触媒および非触媒（例えば、熱分解）プロセスを用いた様々な化学製品および燃料の製造などで用いることができる。かかるプロセスは、以下の非網羅的なリスト：
燃料（ガソリン、ジェット燃料、ブタノール等）；
化学物質（酢酸、無水酢酸、アセトン、アクリル酸、アジピン酸、ベンゼン、エタノール、エチレン、エチレングリコール、エチレンオキシド、メタノール、ポリプロピレン、テレフタル酸、トルエン、キシレン、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール等）；
薬剤および食品（アセトイン、アラニン、アラビトール、アスコルビン酸、アスパラギン酸、クエン酸、クマル酸、フマル酸、グリセロール、グリシン、コウジ酸、乳酸、リジン、マロン酸、プロリン、プロピオン酸、セリン、ソルビトール、コハク酸、トレオニン、キシリトール、糖酸（グルカル酸、グルコン酸、キシロン酸）等）；
特殊化学物質（アコニット酸、グルタミン酸、リンゴ酸、シュウ酸等）；
繊維分野（ギ酸等）；および
工業中間体（アセトアルデヒド、３−ヒドロキシプロピオン酸、２，５−フランジカルボン酸、フルフラール、グルタル酸、イタコン酸、レブリン酸等）；
を製造するための供給原料の製造に有用である。
【００６９】
本発明はさらに、以下の実施例で定義され、別段の指定がない限り、すべての部およびパーセンテージは重量によるものである。これらの実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、単に実例として示されており、限定するものとして解釈すべきではないことを理解されたい。上記の記述およびこれらの実施例から、当業者は本発明の本質的な特徴を把握することができ、その精神および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更および修正を加えて、様々な用途および条件にそれを適応させることができる。
【実施例】
【００７０】
実施例１：
フラッシングによる蒸気爆発のためにセットアップされた図１に示す超臨界加水分解（ＳＨ）システムへの供給原料として水スラリー（固形分１２％）中の堅木粉バイオマス（１４０メッシュ）を使用して、トライアルを実施した。このシステムは、２つの減圧弁（ＬＤＶ）を使用してセットアップされた。第２ＬＤＶは、第１ＬＤＶの直後に位置付けられた。反応器の長さは１２フィートであった。反応器内に、またはシステムの他の場所にも、インラインミキサーは設置されなかった。反応器は、反応器の中央に６インチのスプール部品を有し、ファウリングの厚さを測定し、そのファウリングについての観察を記録した後に、その部品は除去された。
【００７１】
反応器内で混合する前に、スラリーを２００℃に予熱し、超臨界水を４００℃に加熱した。反応器の目標温度は３７５℃であった。急冷混合後の目標温度は２８０℃であった。反応器圧力を３３３５ｐｓｉに設定した。第２圧力は２１７５ｐｓｉであった。
【００７２】
キシランのおよそ１００％が転化され、キシロース収率７０〜８５％であった。グルカンのおよそ２５〜５０％が転化され、グルコース収率２５〜３０％であった。システムのファウリングは、２段階プロセスにおいて供給材料として前処理された固形物を通常使用するよりも、トライアル中に著しく少なかった。
【００７３】
実施例２：
図１に示すシステムと同様な超臨界加水分解（ＳＨ）システムへの供給原料として、水スラリー（固形分４％）中の堅木粉バイオマス（１４０メッシュ）を使用して、トライアルを実施した。滞留時間は約１秒であった。このシステムは、１つの減圧弁（ＬＤＶ）を使用してセットアップされ、インラインミキサーが反応器内に設置された。堅木粉バイオマスの組成を以下の表１に示す（全重量１００ｋｇに基づく）。
【００７４】
図１に示すシステムと同様な超臨界加水分解（ＳＨ）システムへの供給原料として、水スラリー（固形分４％）中の軟木粉（テーダマツ）バイオマス（１４０メッシュ）を使用して、第３のトライアルを実施した。第３トライアルは異なる２通りの滞留時間（約１秒および約２秒）にて二重反復で実施し、それぞれの滞留時間について２つの実験を平均化して、本明細書で報告する値が得られた。このシステムは、１つの減圧弁（ＬＤＶ）を使用してセットアップされ、インラインミキサーが反応器内に設置された。軟木粉バイオマスの組成を以下の表１に示す（全重量１００ｋｇに基づく）。
2015523084.tif 000003
【００７５】
第２および第３トライアルの両方において、温度約４００℃を有する超臨界水と反応器内で接触させる前に、スラリーを約２２０℃に予熱した。反応器の目標温度は約３６４℃〜約３８３℃であった。「滞留時間」は、トライアル中に反応器内にバイオマスが存在する時間の長さである。急冷混合後の目標温度は約２００℃であった。反応器圧力は約３５００ｐｓｉに設定した。表２は、軟木および堅木供給原料を単一段階超臨界加水分解にかけた後に得られた液体および固体の組成を示す。
2015523084.tif 000004
【００７６】
表３は、超臨界加水分解後に得られる液体中の単量体糖の収率％を示す。その収率％は、超臨界加水分解にバイオマスをかけた後に液体中に存在する特定の糖（例えば、グルコース）の量を、おそらく形成され得た特定の糖（例えば、グルコース）の最大量（つまり、バイオマスの出発組成に基づいて形成され得た特定の糖の理論上の最大量）で割ることによって計算される。
2015523084.tif 000005
【００７７】
表４は、超臨界加水分解にかけた後の出発バイオマス中の多糖の転化率％（他の生成物への）を示す。転化率％は、出発組成物中の特定の多糖（例えば、グルカン）の量から、超臨界加水分解後に残存する特定の多糖（例えば、グルカン）の量を引き、出発組成物中の特定の多糖（例えば、グルカン）の量でその結果を割ることによって計算される。
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【００７８】
図２Ａは、堅木および軟木（２通りの異なる滞留時間で）それぞれの第２および第３トライアルに関するグルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、およびマンノースの収率％を示す。図２Ｂは、堅木および軟木（２通りの異なる滞留時間で）それぞれの第２および第３トライアルに関するグルカン、キシラン、アラビナン、ガラクタンおよびマンナンの転化率％を示す。図２Ａおよび２Ｂに示すように、堅木および軟木の両方に関して、キシランのおよそ９０〜１００％が転化され、キシロース収率約２０〜６０％であった。滞留時間２秒に関する軟木のデータが除外される場合には、キシロース収率は、ほぼ４０〜６０％である。グルカンのおよそ７０〜８５％が転化され、グルコース収率約２５〜４０％であった。また、滞留時間２秒に関する軟木のデータが除外される場合、グルコース収率は、ほぼ４０％である。糖の収率をさらに向上させるために、このプロセスをさらに最適化してもよいことは明らかである。
【００７９】
本発明の好ましい形態が開示されているが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の利点の一部を達成する、様々な変更および修正が加えられることは理解されよう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ決定される。
【００８０】
分子量などの物理的性質、または化学式などの化学的性質に関して本明細書で範囲が用いられる場合、本明細書における具体的な実施形態の範囲のすべてのコンビネーションおよびサブコンビネーションが包含されることが意図される。
【００８１】
この文書に記載または記述される、各特許、特許出願、および出版物の開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００８２】
当業者であれば、本発明の好ましい実施形態に多くの変更および修正を加えることができ、かつかかる変更および修正が本発明の精神から逸脱することなく加えられることは理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれるとして、すべてのかかる同等な変形形態を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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