(57)【要約】バイオベース繊維ガムの調製のためのプロセスおよびこれらのプロセスによって生成される生成物およびそれらの使用の一部。
2015531004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の範囲の温度で混合してスラリーを形成するステップと、
（ｂ）前記スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、前記溶液が約０．１から約１０ｗｔ％の固形物を含有し、前記固形物がアルカリ可溶性画分であるステップと、
を含み、
以下：
（ｃ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｄ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｅ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、乾燥して粉末にするステップ、
（ｆ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約２から約５体積の溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｇ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記可溶性成分を１から５体積の有機溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｈ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約１から５体積の有機溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、または
（ｉ）前記溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、残った溶液を約２体積の溶媒で処理して沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ
のうちの１つとを含み、
任意選択で、溶液が以下：
（１）前記溶液を脱塩して、脱塩溶液が溶液になるステップ、
（２）前記溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、透過液が溶液になるステップ、または
（３）前記溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、保持液が溶液になるステップ
のうちの少なくとも１つによって前処理される、バイオベース繊維ガムの調製のためのプロセス。
【請求項２】
前記乾燥するステップが、ドラム乾燥または噴霧乾燥による、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
酸化剤を利用しない、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記酸化剤が、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記農業材料が、トウモロコシ糠、トウモロコシ繊維、エンバク糠、エンバク繊維、コムギ糠、コムギ繊維、オオムギ藁、オオムギ籾、スイッチグラス、サトウキビバガス、ススキ属、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、モロコシ糠、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の範囲の温度で混合してスラリーを形成するステップと、
（ｂ）前記スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、前記溶液が約０．１から約１０ｗｔ％の固形物を含有し、前記固形物がアルカリ可溶性画分であるステップと、
を含み、
以下：
（ｃ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｄ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｅ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、乾燥して粉末にするステップ、
（ｆ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約２から約５体積の有機溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｇ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を２から約５体積の有機溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｈ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記可溶性成分を有機溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｉ）前記溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、残った溶液を２体積の有機溶媒で処理して沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ
のうちの少なくとも１つとを含み、
任意選択で、溶液が以下：
（１）前記溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、１０，０００ダルトン未満（＜１０，０００ダルトン）の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になる透過液を形成するステップ、
（２）前記溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、保持液および透過液を形成し、前記保持液を５０，０００ダルトン膜を通過させる処理をして、１０，０００から５０，０００ダルトンの間の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になる透過液を形成するステップ、
（３）前記溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして第１の保持液を形成し、前記第１の保持液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして第２の保持液を形成し、前記第２の保持液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして、透過液が、５０，０００から１００，０００ダルトンの間の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になるステップ、
（４）前記溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして第１の保持液を形成し、前記第１の保持液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして第２の保持液を形成し、前記第２の保持液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして、１００，０００ダルトン超の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になる第３の保持液を形成するステップ、
（５）前記溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして第１の保持液を形成し、前記第１の保持液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして第２の保持液を形成し、前記第２の保持液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして第３の保持液を形成し、前記第３の保持液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整して、次いで乾燥してヘミセルロースＡを生じる沈殿剤を沈殿させ、残った溶液が、１００，０００ダルトン超の分子量を有するＢＦＧ生成物を含有し、すべてのｐＨ値で可溶性であるステップ、
（６）前記溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、（ａ）蒸発させて乾燥して１０，０００ダルトン未満（＜１０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる透過液および（ｂ）蒸発させて乾燥して１０，０００ダルトン超（＞１０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる保持液を形成するステップ、
（７）溶液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして（ａ）蒸発させて乾燥して５０，０００ダルトン未満（＜５０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる透過液および（ｂ）蒸発させて乾燥して５０，０００ダルトン超（＞５０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる保持液を形成するステップ、
（８）溶液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、（ａ）蒸発させて乾燥して１００，０００ダルトン未満（＜１００，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる透過液および（ｂ）蒸発させて乾燥して１００，０００ダルトン超（＞１００，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる保持液を形成するステップ、
（９）溶液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、１００，０００ダルトン超（＞１００，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を含有する保持液を形成し、前記保持液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整して、（ａ）次いで乾燥してヘミセルロースＡを形成する沈殿物および（ｂ）１００，０００ダルトン超の分子量を有するすべてのｐＨ値で可溶性である生成物を含有する溶液を形成するステップ、
（１０）前記溶液から塩および灰分を除去するステップ、
（１１）前記溶液から塩および灰分を除去し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、次いで乾燥するステップ、
（１２）前記溶液から塩および灰分を除去し、溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整して、（ａ）次いで乾燥してヘミセルロースＡを形成する沈殿剤および（ｂ）ヘミセルロースＢを含有する溶液を形成するステップ、または
（１３）前記溶液を、その前もしくは後にｐＨ調整を行いもしくは行わずに、限外濾過もしくは透析濾過もしくはナノ濾過によって前処理して（ａ）溶液になる１つもしくは複数の保持液を形成し、（ｂ）得られた１つもしくは複数の透過液が溶液になるステップ
のうちの少なくとも１つによって前処理される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物。
【請求項８】
（ａ）バインダーとしての請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物および（ｂ）炭素質材料を含む組成物。
【請求項９】
（ａ）乳化剤としての請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物、（ｂ）油および（ｃ）水を含む水中油型または油中水型組成物。
【請求項１０】
（ａ）抗酸化剤としての請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物および（ｂ）被酸化性である材料を含む組成物。
【請求項１１】
請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物を被酸化性である組成物に添加するステップを含む、被酸化性である組成物の酸化を低減する方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物を炭素質材料に添加するステップと、ペレット化するステップとを含む、炭素質材料を結合する方法。
【請求項１３】
請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物を油および水に添加するステップを含む、水中油型または油中水型エマルションを安定化するための方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物を合板用単板複合体に添加するステップと、プレスするステップと、加熱するステップとを含む、より少ないフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を有する合板を作製するための方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のプロセスによって生成される生成物を被酸化性材料に添加してエマルションを形成するステップと、噴霧乾燥してカプセル化生成物を形成するステップとを含む、被酸化性材料［油、香味剤および芳香剤］を安定化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の援用
本出願は、２０１２年７月１１日に出願された米国仮出願第６１／６７０，１８８号の利益を主張するものであり、この仮出願は、その全体が援用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書において、
（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の範囲（好ましくは約８５℃から約９０℃の範囲）の温度で混合してスラリーを形成するステップと、
（ｂ）前記スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４（好ましくは約１０から約１２の範囲）のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、前記溶液が約０．１から約１０ｗｔ％の固形物を含有し、前記固形物がアルカリ可溶性画分であるステップと、
を含み、
以下：
（ｃ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｄ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｅ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、乾燥して粉末にするステップ、
（ｆ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約２から約５体積の有機溶媒（例えば、エタノール、イソプロパノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｇ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記可溶性成分を１から５体積（好ましくは２体積）の有機溶媒（例えば、エタノール、イソプロパノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｈ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約１から５体積（好ましくは約２体積）の有機溶媒（例えば、エタノール、イソプロパノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、または
（ｉ）前記溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに（好ましくは約３．５から約４．５に）調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、残った溶液を約２体積の有機溶媒（例えば、エタノール、イソプロパノール）で処理して沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ
のうちの１つとを含み、
任意選択で、溶液が以下：
（１）前記溶液を脱塩し、脱塩溶液が溶液になるステップ、
（２）溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、透過液が溶液になるステップ、または
（３）溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、保持液が溶液になるステップ
のうちの少なくとも１つによって前処理される、バイオベース繊維ガムの調製のためのプロセスが記載される。
【０００３】
また、これらのプロセスによって生成される生成物およびそれらの使用の一部も記載される。
【背景技術】
【０００４】
リグノセルロース農業残渣（例えば、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、イネ藁等）、農業加工副産物（例えば、トウモロコシ糠、トウモロコシ繊維、エンバク糠、イネ籾、サトウキビバガス等）、およびエネルギー作物（例えば、ススキ属、スイッチグラス等）をアルカリ溶液で抽出して、食品およびバイオ燃料用途のためのセルロース濃縮画分を生成するとき、そのプロセスから廃液流が生じ、これは、処分可能となる前に高額な廃液処理に供しなければならない。同時に、現在、石油由来ならびに／または輸入による水中油型および油中水型乳化剤、接着剤、結合剤、油井掘削流体および水圧破砕流体の有用な成分、増粘剤、抗酸化剤、可溶性食物繊維、ならびに血清コレステロール低下剤の代替となり得る、低コストのバイオベース生成物に対する需要が存在する。驚くべきことに、本発明者らは、上記で言及されたリグノセルロース産物のプロセッシングによる廃液流を、蒸発、乾燥、膜濾過、溶媒沈殿および／または本明細書に記載される他の方法によってプロセッシングすることによって、上記で言及された石油由来および／または輸入による製品の代替として機能することができる、新規の組成物を得ることができることを見出した。よって、この発見により、負の価値を有する廃棄材料を、本明細書に記載される多くの用途を有する付加価値のある生成物へと変換することが可能となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の範囲（好ましくは約８５℃から約９０℃の範囲）の温度で混合してスラリーを形成するステップと、
（ｂ）前記スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４（好ましくは約１０から約１２の範囲）のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、前記溶液が約０．１から約１０ｗｔ％の固形物を含有し、前記固形物がアルカリ可溶性画分であるステップと、
を含み、
以下：
（ｃ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｄ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｅ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、乾燥して粉末にするステップ、
（ｆ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約２から約５体積の有機溶媒（例えば、エタノール、イソプロパノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｇ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記可溶性成分を１から５体積（好ましくは２体積）の有機溶媒（例えば、エタノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｈ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ前記可溶性成分を約１から５体積（好ましくは約２体積）の有機溶媒（例えば、エタノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、または
（ｉ）前記溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに（好ましくは約３．５から約４．５に）調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、残った溶液を約２体積の溶媒（例えば、エタノール）で処理して沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ
のうちの１つとを含み、
任意選択で、溶液が以下：
（１）前記溶液を脱塩し、脱塩溶液が溶液になるステップ、
（２）溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、透過液が溶液になるステップ、または
（３）溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、保持液が溶液になるステップ
のうちの少なくとも１つによって前処理される、バイオベース繊維ガムの調製のためのプロセス。
【０００６】
また、これらのプロセスによって生成される生成物およびそれらの使用の一部。
【０００７】
本概要は、以下の詳細な説明でさらに記述される簡略化された形式の概念のうちの一選択を紹介するために提供される。本概要は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、また、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助となることを意図したものでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】農業残渣（例えば、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、イネ藁等）、農業加工副産物（例えば、トウモロコシ糠、トウモロコシ繊維、エンバク糠、イネ籾、サトウキビバガス等）またはエネルギー作物（例えば、ススキ属、スイッチグラス等）のアルカリ抽出物から粗製、準精製または精製バイオベース繊維ガム（ＢＦＧ）を生成するための、本発明者らによる新規のプロセスのいくつかについての概略図であり、この概略図には、抽出物（ｐＨ調整を行うまたは行わない）の直接蒸発（部分乾燥）、続いてエタノール沈殿、噴霧乾燥、もしくはドラム乾燥によって、粗製および準精製ＢＦＧを作製するための簡単なプロセス（図の左側）；または、他の有用な生成物（道路凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、およびプレバイオティクスに適するオリゴ糖など）を含有する透過液と共に、分子量によって分離され、以下で記載する通りの逐次膜プロセッシングの保持液に主に見出される成分を有する純粋な特有のＢＦＧ画分を作製するための、漸増する公称分子量カットオフ（ＭＷＣＯ）の膜による逐次処理を含む、より精巧なプロセス（図の右側）が含まれる。
【０００９】
【図２】農業生産物または農業副産物（例えば、トウモロコシ糠）のアルカリ抽出物から準純粋および精製バイオベース繊維ガムを生成するための、本発明者らによる新規のプロセスのいくつかについての概略図であり、この概略図には、低、中、または高分子量カットオフ膜による処理、続く保持液および透過液の蒸発（部分乾燥）によるプロセッシング、続く以下に記載される通りのエタノール沈殿または噴霧もしくはドラム乾燥が含まれる。精製ＢＦＧは、乾燥させた保持液中に主に見出され、透過液は他の有用な生成物（道路凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、およびプレバイオティクスに適するオリゴ糖など）を含有する。乾燥の前にエタノール沈殿に供される保持液もまた、精製ＢＦＧである。
【００１０】
【図３】農業生産物または農業副産物（例えば、トウモロコシ糠）のアルカリ抽出物から準精製および精製バイオベース繊維ガムを生成するための、本発明者らによる新規のプロセスのいくつかについての概略図であり、この概略図には、限外濾過または当技術分野において公知の他の同様に有効な濾過もしくは脱灰系による、抽出物の簡単な脱灰、続く蒸発（部分乾燥）、続く以下に記載される通りのエタノール沈殿、ドラムまたは噴霧乾燥が含まれ；代替的には、保持液の酸性化によって、ヘミセルロースＡおよびヘミセルロースＢバイオベース繊維ガムの別個の流れが生成され得る。エタノール沈殿を行わずに生成されるものは準精製ＢＦＧであり、エタノール沈殿を行って生成されるものは精製ＢＦＧである。
【００１１】
【図４】農業生産物または農業副産物（例えば、トウモロコシ糠）のアルカリ抽出物から粗製および準精製バイオベース繊維ガムを生成するための、本発明者らによる最も簡単な新規のプロセスについての概略図を示す、図１の一部分であり、これには、抽出物（ｐＨ調整を行うまたは行わない）の直接蒸発（部分乾燥）、続くエタノール沈殿、噴霧乾燥、またはドラム乾燥についての簡単なプロセスが含まれる。エタノール沈殿を行わずに作製されるものは粗製ＢＦＧであり、一方、エタノール沈殿を行って作製されるものは準精製ＢＦＧである。
【００１２】
【図５】農業生産物または農業副産物（例えば、トウモロコシ糠）のアルカリ抽出物から準純粋および精製バイオベース繊維ガムを生成するための本発明者らによる新規のプロセスのうちの１つについての概略図である、図１の一部の簡略化版であり、この図には、分子量によって分離された成分を有する準純粋または精製された特有の画分を生成するための、少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜による処理、続く以下に記載される通りのエタノール沈殿、噴霧乾燥、またはドラム乾燥を含むプロセスが含まれる。エタノール沈殿を行わずに作製されたものはＢＦＧの少なくとも準純粋混合物であり、一方、エタノール沈殿を行って作製されたものは精製ＢＦＧである。
【００１３】
【図６】以下に記載される通りに様々なバインダーを使用して生成された、石油コークスペレットの圧縮試験測定値を示す図である。バインダーは、リグノスルホネート、デンプン、デンプンバインダーおよびゼラチンを示されたレベルで使用した以外、０．８％で添加した。５ｐｓｉにおける破線は、ペレットについての最小許容レベルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
農業生産物および／またはリグノセルロース農業副産物（例えば、トウモロコシ糠／繊維またはエンバク糠、コムギ糠、オオムギ藁およびオオムギ籾、サトウキビバガス、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、モロコシ糠などの他の糠／繊維試料）および／またはリグノセルロースエネルギー作物（例えば、スイッチグラスおよびススキ属）のアルカリ抽出によって、新規のバイオベース繊維ガム（ＢＦＧ）および混合物を生成するためのプロセスが開示される。「農業材料」という用語は、本明細書において、農業生産物、リグノセルロース農業副産物、およびリグノセルロースエネルギー作物を、個別にまたは混合物として含むものと定義される。これらのプロセスは、以下のステップ：（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の温度範囲（例えば、７５〜１５０℃；好ましくは約８５℃から約９０℃（例えば、８５〜９０℃））で混合してスラリーを形成するステップと、（ｂ）スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４（例えば、９〜１４；好ましくは約１０から約１２（例えば、１０〜１２））のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、溶液が約０．１から約１０ｗｔ％（例えば、０．１〜１０ｗｔ％）の固形物を含有し、固形物がアルカリ可溶性画分であるステップとによって生成される溶液を利用する。新規生成物のいくつかのクラス（例えば、粗製、準純粋、および純粋、さらには以下に記載される非ＢＦＧ成分を含有する透過液試料）を、米国特許第５，７６６，６６２号の実施によるＺＴｒｉｍなどのセルロース性ゲルの作製から得られる廃液流（上記の「溶液」）から作製することができるが、同じ生成物は、トウモロコシ糠または他の糠／繊維試料を含めた農業材料、農業副産物およびリグノセルロースエネルギー作物をアルカリ水溶液によって抽出し、生成物がアルカリ抽出物（上記の「溶液」）である他の類似のプロセスによっても作製することができる。米国特許第５，７６６，６６２号によるＺ−Ｔｒｉｍプロセスでは、トウモロコシ糠および他のリグノセルロース材料を高温の水酸化ナトリウム溶液（過酸化水素を用いない）で抽出してアルカリ可溶成分を抽出し、残渣が残され、これにはセルロースが濃縮されていることが見出されたが；本発明者らによる組成物は、これらの材料を含まない。本発明者らによるプロセスは、可溶性アラビノキシランおよび他の特有かつ有用な成分を含有するアルカリ抽出物「廃液流」を利用することができ、本発明者らによるバイオベース繊維ガム（ＢＦＧ）および混合物を作製するためにこれを使用することができる。
【００１５】
いくつかの特有のプロセスを使用して、本発明者らによる粗製ガム混合物および精製ガムを生成することができる。これらのプロセスの一部は図１〜５に示され、これらは、限外濾過膜もしくは透析濾過膜または他の濾過系、沈殿系、および脱イオン化系を使用する、これらのＢＦＧおよび混合物を作製するためのプロセスの例である。
【００１６】
図１におけるプロセスを使用する、粗製および準精製ＢＦＧおよび混合物：図１（および図４）において、約０．１から約１０ｗｔ％の固形物（例えば、０．１〜１０ｗｔ％；好ましくは約０．６から約０．９ｗｔ％の固形物（例えば、０．６〜０．９ｗｔ％））を有する、米国特許第５，７６６，６６２号による廃液流または農業材料（例えば、トウモロコシ糠または他の糠／繊維／植物バイオマス試料）の他の任意の好適なアルカリ抽出物を、いくつかの新規のプロセスを使用して新規の組成物に変換することができる。１つのプロセスには、エバポレータ中での蒸発（部分乾燥）により、廃液流を、その約１１．８（例えば、１１．８）の初期ｐＨにおいて、その低い初期固形分から約１６から約２３ｗｔ％（例えば、１６〜２３ｗｔ％）の固形物となるまで濃縮することにより、さらに乾燥して貯蔵安定性の生成物を作製することができる濃縮溶液を生成することが含まれる。蒸発させるステップは、例えば、蒸気、電気加熱、真空、多重効用、単一効用等を使用する、水を蒸発させる当技術分野で公知の任意の種類の系を利用することができる。代替的には、食品および非食品生産物用途を中性または酸性のｐＨ値が要求される用途に拡大するために、エバポレータ中におけるより高い固形分への濃縮の前または後に、鉱酸または有機酸（例えば、塩酸および硫酸（鉱酸）またはクエン酸もしくは酢酸（有機酸）の添加によって、廃液流を約４から約７（例えば、ｐＨ４〜７）というより低いｐＨに低下させることができる。蒸発（部分乾燥）は、溶液をより高濃度の固形物に濃縮する効率的な手法であるが、生成物を完全に乾燥するためのよい手法ではない。次いで、これらの濃縮粗製ＢＦＧ混合物を、包装の前に、例えば、噴霧乾燥またはドラム乾燥のいずれかによって乾燥することができる。ドラム乾燥の場合、元のまたは調整されたｐＨ値において約０．６から０．９ｗｔ％（例えば、０．６〜０．９ｗｔ％）の固形物を有する元のアルカリ抽出物を、より高い固形分（例えば、約２０から約３０ｗｔ％（例えば、２０〜３０ｗｔ％）、好ましくは約２３ｗｔ％（例えば、２３ｗｔ％）の固形物）まで濃縮し、ドラム乾燥プロセスによって乾燥して粉末にすることができる。ドラム式乾燥機による乾燥の前に溶液を乾燥してかなり高いｗｔ％の固形物とすることができ、濃厚溶液を回転式熱ドラムの頂部に容易に注ぐことができ、水を速やかに蒸発させ、次いで、生成物をローラから削ぎ落とす。噴霧乾燥の場合、元のアルカリ性またはｐＨ調整した抽出物を約１６から約２０ｗｔ％（例えば、１６〜２０ｗｔ％）の固形物となるまで蒸発させ、次いで、噴霧乾燥機を使用することによって乾燥して粉末にすることができる。噴霧乾燥機を用いる場合、溶液が非常に粘稠になる可能性があるので、溶液を濃縮しすぎないように注意を払わなければならない。噴霧乾燥では、乾燥する液体を細い配管を通してポンプ送出し、次いで細い「アトマイザ」を通して高度に分散した飛沫を加熱空気に送達し、飛沫を即座に乾燥しなければならない。溶液があまりに粘稠である場合、この系を通してポンプ送出することができず、この点が、噴霧乾燥においてより低いｗｔ％の固形物を使用することを選択しなければならない理由である。ドラム乾燥した粉末および噴霧乾燥した粉末は、粗製トウモロコシ糠ＢＦＧまたはトウモロコシ繊維ＢＦＧの２つの異なる貯蔵安定性形態であるが、これらは一般に概ね同じｗｔ％（例えば、＞約９０ｗｔ％）の固形物を含有する。それぞれの組成は類似しているものの、噴霧乾燥生成物は液体中により迅速に溶解することのできるより穏やかに乾燥され凝集した構造を有し、一方、ドラム乾燥生成物はより粗く乾燥されており、還元糖とアミンとの間の反応（アマドリ反応）により、より茶色く変色している可能性がある。ドラム乾燥生成物はまた、生成がより低コストである。したがって、生成物の用途および経済性に基づいて、いずれの乾燥プロセスを使用するかを選択することができる。蒸発および直接乾燥による濃縮の代替として、濃縮粗製混合物（乾燥前）を、有機溶媒（例えば、エタノール、プロパノール、アセトン、または他の任意の好適な有機溶媒）で処理して準精製トウモロコシ糠ＢＦＧを沈殿させ、これを濾過によって回収して、乾燥することができる。これは、純粋ＢＦＧを溶液から沈殿させるのに必要な量の、エタノールなどの有機溶媒を添加することによって成し遂げられる。添加される有機溶媒の体積は、濃縮溶液の体積に対して約１から約５倍（例えば、１〜５×；好ましくは約２×（例えば、２×））の範囲とするべきである。必要とされる量の有機溶媒を濃縮混合物に添加して、次いで、得られた白色の綿毛状のＢＦＧ沈殿物を、このプロセスのために使用する容器の底に静置させる。沈殿物上の透明な溶媒（例えば、エタノール）／水混合物をデカンテーションによって除去する。次いで、綿毛状の沈殿物を少量の純粋な有機溶媒（例えば、１００％エタノール）で洗浄して水分を除去し、真空下で濾過し、採集し、生成物を迅速に乾燥するがＢＦＧの熱劣化を引き起こさない温度である約４０℃から約６０℃（例えば、４０〜６０℃；好ましくは約５０℃（例えば、５０℃））で真空下で乾燥する。このエタノール沈殿生成物を、「準純粋」または「準精製」トウモロコシ糠ＢＦＧと称する。これら３種類の生成物（噴霧乾燥、ドラム乾燥、およびエタノール沈殿）を、１１．８の初期ｐＨ値または７．０および４．０の調整ｐＨ値を有する濃縮Ｚ−Ｔｒｉｍ「廃液流」から生成し、これらから９つの別個の生成物、すなわち、上記の通りの３つの異なるプロセス（ドラム乾燥、噴霧乾燥、またはエタノール沈殿）によって処理された、３つ（ｐＨ１１．８、ｐＨ７．０、およびｐＨ４．０）の混合物を生成した。これらの生成物を、表１において試料Ａ〜Ｉとして示す。ｐＨ４に調整された試料の別の一群も、１点の違い、すなわち、上記で記載した通りのエタノール沈殿、ドラムまたは噴霧乾燥の前に、試料を濾過して不溶性のヘミセルロースＡ（これはｐＨ４で不溶性である）および他のｐＨ４で不溶性の成分を除去したという点以外は、上記で言及された試料と同一にプロセッシングした。それらの試料を、表１において試料Ｊ〜Ｌとして記載する。
【００１７】
図１におけるプロセスから準純粋および精製ＢＦＧを作製するための代替的プロセス：代替的には、図１（および図５）に示すように、米国特許第５，７６６，６６２号またはトウモロコシ糠／繊維もしくは他の糠／繊維／植物バイオマスの他の任意の好適なアルカリ抽出物による元の廃液流を、限外濾過もしくは透析濾過膜またはナノ濾過または精密濾過などの他の好適な分子濾過プロセスによって処理して、生成物をさらに精製することができる。当技術分野で公知の任意の膜を利用することができる。例えば、図１に示すように、ｐＨ調節を行ったまたは行っていない廃液流を、小分子量の分子（１０，０００ダルトン未満）が膜を透過する１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜でプロセッシングすることができ、次いで、蒸発、噴霧乾燥、ドラム乾燥、またはエタノール沈殿によってプロセッシングする。この透過液は、分解したデンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖、糖類、アミノ酸、ペプチド、可溶性フェノール酸、可溶性脂肪酸塩、有機および無機酸ならびにこれらの塩を含む分子からなる特有の組成物を含有し、これらすべては分子量が約１０，０００ダルトン未満（例えば、＜１０，０００ダルトン）であり、凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、および動物飼料用のプレバイオティクスとしての用途を有する。次いで、一般に１０，０００ダルトン超の分子からなる特有の組成物を含有するその膜の保持液を、５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜によってプロセッシングする。５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液は、約１０，０００から５０，０００ダルトンの間の分子量を有する分子からなる特有の混合物を含有し、これには、分解したデンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖および多糖、ペプチド、ならびにタンパク質が含まれ、これらすべては分子量が約５０，０００ダルトン未満（例えば、＜５０，０００ダルトン）である。この混合物は、ヒト食料または動物飼料用のプレバイオティクスとして有用であると思われる。次いで、この透過液をエバポレータに送り、同様にドラムもしくは噴霧乾燥またはエタノール沈殿によってプロセッシングする。次いで、５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の保持液を、１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜でプロセッシングする。１００，０００ダルトン膜の透過液は、５０，０００から１００，０００ダルトンの間の分子からなる特有の混合物を含有し、これには、分解したデンプン由来、ヘミセルロース由来のオリゴ糖および多糖、ならびにタンパク質が含まれ、ヒトまたは動物用食物のためのプレバイオティクスとしての用途を有すると思われる。次いで、この透過液を蒸発、ドラムもしくは噴霧乾燥またはエタノール沈殿によってプロセッシングする。最後に、１００，０００ダルトン超の分子からなる特有の混合物を含有する１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の保持液を、次いで蒸発、ドラムもしくは噴霧乾燥またはエタノール沈殿により処理して、主にアラビノキシラン（ヘミセルロースとしても知られる）を含有する高度に精製されたＢＦＧ生成物を生成する。図１に示されるこのプロセスの代替法は、最終保持液のｐＨを約ｐＨ３から約５の間（例えば、ｐＨ３〜５；好ましくは約ｐＨ４（例えば、ｐＨ４））に調整することによって、１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜保持液をさらに１回精製することであり、このとき、ヘミセルロースＡと称されるアラビノキシラン（ガム）の一画分が溶液から沈殿する。この沈殿物を混合物から濾過除去すると、精製された可溶性ヘミセルロースＢが最終溶液中に残り、次いで、これを蒸発、続いて噴霧もしくはドラム乾燥またはエタノール沈殿により処理して、純粋ＢＦＧ生成物を得る。また、沈殿したヘミセルロースＡ画分を通常のもしくは真空オーブン中で乾燥またはドラム乾燥して、さらなる生成物を得てもよい。
【００１８】
図２におけるプロセスによる、粗製および精製ＢＦＧおよび混合物の調製：代替的な膜精製プロセスを図２に示す。このプロセスは、元の廃液流を３種類の異なるＭＷＣＯ膜（すなわち、１０，０００ダルトン、５０，０００ダルトン、および１００，０００ダルトン）すべてを通過させてプロセッシングするのではなく、ただ１種類の膜、例えば、１０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜、５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜、または１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜のいずれかによってプロセッシングし、次いで、それぞれの保持液および透過液を上記で言及された通りに蒸発、エタノール沈殿、噴霧またはドラム乾燥手順により処理して乾燥生成物を生成すること以外は、図１に類似している。さらなる詳細を以下に記載する：
【００１９】
図２における、１０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜によるプロセッシング：１０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液は、分解したデンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖、糖類、アミノ酸、ペプチド、可溶性フェノール酸、可溶性脂肪酸塩、有機および無機酸ならびにこれらの塩を含む分子からなる特有の組成物を含有し、これらすべては分子量が約１０，０００ダルトン未満（例えば、＜１０，０００ダルトン）であり、凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、および動物飼料用のプレバイオティクスとしての用途を有する。１０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の保持液は準純粋ＢＦＧ混合物であり、これは主に可溶性アラビノキシラン多糖を含有するが、デンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖、ペプチド、ならびにタンパク質も含有し、これらすべては分子量が１０，０００ダルトン超である。生成物をエバポレータで濃縮して、次いで噴霧またはドラム乾燥して準純粋ＢＦＧを得ることができる。任意選択で、乾燥の前に、保持溶液を、上記の通りに溶液から純粋ＢＦＧを沈殿させるのに必要な量の有機溶媒（例えば、エタノール）を添加することによって処理することができる。純粋ＢＦＧを沈殿させるが不純物を沈殿させないために、添加される溶媒の体積は、濃縮溶液の約１から約５×（例えば、１〜５×；好ましくは約２×（例えば、２×））の体積の範囲とするべきである。沈殿した精製ＢＦＧを回収して、上記の通りに乾燥することができる。
【００２０】
図２における、５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜によるプロセッシング：５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液は、分解したデンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖、糖類、アミノ酸、ペプチド、可溶性フェノール酸、可溶性脂肪酸塩、有機および無機酸ならびにこれらの塩を含む分子からなる特有の組成物を含有し、これらすべては分子量が約５０，０００ダルトン未満（例えば、＜５０，０００ダルトン）であり、凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、および動物飼料用のプレバイオティクスとしての用途を有し、脱塩後はヒトのプレバイオティクスとして使用することができる。５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の保持液は準純粋ＢＦＧ混合物であり、これは主に可溶性アラビノキシラン多糖を含有するが、分解したデンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖、ペプチド、ならびにタンパク質も含有し、これらすべては分子量が５０，０００ダルトン超である。生成物をエバポレータで濃縮して、次いで噴霧乾燥またはドラム乾燥して精製ＢＦＧを得ることができる。任意選択で、乾燥の前に、保持液を、上記の通りに有機溶媒（例えば、エタノール）によって処理してさらにいっそう精製されたＢＦＧを沈殿させることができ、これを回収して上記の通りに乾燥することができる。
【００２１】
図２における、１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜によるプロセッシング：１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液は、低分子量のデンプン、分解したデンプン由来およびヘミセルロース由来のオリゴ糖および多糖、糖類、アミノ酸、ペプチド、可溶性フェノール酸、可溶性脂肪酸塩、有機および無機酸ならびにこれらの塩を含む分子からなる特有の組成物を含有し、これらすべては分子量が約１００，０００ダルトン未満（例えば、＜１００，０００ダルトン）であり、凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、および動物飼料用のプレバイオティクスとしての用途を有し、脱塩によりヒトのプレバイオティクスとして使用することができる。１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の保持液は精製ＢＦＧであり、これは主に、分子量が１００，０００ダルトン超の可溶性アラビノキシラン多糖を含有する。生成物をエバポレータで濃縮して、次いで噴霧乾燥またはドラム乾燥して純粋ＢＦＧを得ることができる。任意選択で、乾燥の前に、保持液を、濃縮溶液の約１×から約５×（例えば、１〜５×）体積の範囲の好適な量の有機溶媒（例えば、エタノール）を添加することによって処理して、なおいっそう精製されたＢＦＧを沈殿させることができ、これを回収して、上記の通りに乾燥することができる。または任意選択で、乾燥の前に、最終保持液のｐＨを約３から約５のｐＨ（例えば、ｐＨ３〜５；好ましくは約ｐＨ４（例えば、ｐＨ４））に調整することによって保持液をプロセッシングすることができ、このとき、ヘミセルロースＡと称されるアラビノキシラン（ガム）の一画分が溶液から沈殿する。この沈殿物を混合物から濾過除去すると、精製された可溶性ヘミセルロースＢが最終溶液中に残り、次いで、これを蒸発、続いて噴霧乾燥もしくはドラム乾燥またはエタノール沈殿により処理して、純粋ＢＦＧ生成物を得る。また、沈殿したヘミセルロースＡ画分を通常のもしくは真空オーブン中で乾燥またはドラム乾燥して、さらなる生成物を得てもよい。
【００２２】
これらのプロセスをパイロットプラントにおいて実施し、合計６つの生成物、すなわち、１０Ｋ、５０Ｋ、および１００Ｋダルトン膜による乾燥した透過液画分および保持液画分を生成した。これら６つの試料を、表１において試料Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、およびＲとして記載する。これらのスキームからの粗製または精製ＢＦＧ試料からヘミセルロースＡを分離することは、約３から約５（例えば、ｐＨ３〜５；好ましくは約４（例えば、ｐＨ４））のｐＨに調整後、固体生成物に変換する前に、水性混合物の濾過によって実現することもできる。
【００２３】
エタノール沈殿により精製ＢＦＧを生成する代替的方法：米国特許第５，７６６，６６２号による元の廃液流に対して別のプロセスを使用して、精製ＢＦＧ試料を生成した。これは、元の廃液流を採取し、最初の蒸発／濃縮を行わずに直接プロセッシングして精製画分を得ることによって調製したものであり、試料Ｓとして表１に記載する。このプロセスの詳細は、以下の通りであった：最初に、ｐＨを約３から約５（例えば、ｐＨ３〜５；好ましくは約４（例えば、ｐＨ４））のｐＨに調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、これを１０，０００ｇでの遠心分離によって採集した。次いで、上清を、約１×から約５×（例えば、１〜５×；好ましくは約２×（例えば、２×））体積の有機溶媒（例えば、１００％エタノール）を添加することによって沈殿させた。綿毛状の沈殿物を濾過によって採集し、溶媒（例えば、１００％エタノール）で洗浄し、真空オーブン中で、迅速な乾燥をもたらすがＢＦＧの熱劣化をもたらさない温度である約５０℃（例えば、５０℃）で乾燥した。
【００２４】
図３に従って生成された準精製ＢＦＧ生成物：第３の新規のプロセスを図３に示し、ここでは、アルカリ廃液流をｐＨ４〜７に調整するかまたは約１１．８である初期のアルカリ性ｐＨのままとした後、単純な脱灰系によるプロセッシングによって、廃液流から塩および灰分を除去する。脱灰系には、３００から１０，０００ダルトン膜、混床（カチオンおよびアニオン）イオン交換樹脂、または当技術分野で公知の他の好適な脱灰系が含まれ得る。次いで、脱灰生成物を、蒸発、続いて噴霧乾燥もしくはドラム乾燥またはエタノール沈殿によるプロセッシングに直接送ることで、安定な乾燥準純粋ＢＦＧ生成物が得られる。濃縮および乾燥の前に不溶性ヘミセルロースＡを除去することも、図３に示す通りに可能である。次いで、透過液画分または塩画分を好適な方法によって蒸発させて乾燥することで塩混合物が得られ、これはナトリウムもしくはカルシウムのいずれかが主要な金属イオンである場合は凍結防止に有用であり、またはカリウムが塩画分中に存在する主要な金属イオンである場合は農業用肥料として有用である。
【００２５】
本プロセスは、酸化剤（例えば、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、オゾン等）を利用しない。
【００２６】
「ガム」という用語は、本明細書において使用される場合、植物源から抽出される水溶性ヘミセルロースとして定義され、典型的にはアラビノキシランまたはその誘導体であるが、他の非デンプン多糖も含まれ得る。本明細書に記載されるガムは、粘性、エマルション安定性、凍結−解凍安定性、接着および結合特性、ならびに食品および非食品生産物に有益な他の利点を付与することができる機能的特性を有し、ヒトおよび動物において、消費時に血清コレステロール低下活性、抗酸化活性、および他の健康促進活性をももたらし得る。
【００２７】
生成物の特有性：粗製の乾燥形態であるＢＦＧは、フェルロイル−アラビノキシラン（ガムとしても知られる）およびオリゴ糖、デンプンまたは分解したデンプン、他のオリゴ糖、二糖、単糖、リグニン、タンパク質、脂質、フェノール酸、鉱物等を含有する、分子分散されたヘミセルロースからなる特有の混合物を含有する。これらの混合物は特有のものであり、本発明者らは、これらの混合物が、水中油型および油中水型乳化剤として、接着剤として、結合剤として、油井掘削流体および水圧破砕流体の有用な成分として、増粘剤として、抗酸化剤、可溶性食物繊維、ならびに血清コレステロール低下剤として、ならびに多くの他の用途にとって有用なものとする、いくつかの予期せぬ有用な機能的特性を有することを見出した。アラビノキシランは、米国特許第６，１４７，２０６号において教示されるプロセスなどの、アルカリ性過酸化水素による抽出によって、トウモロコシ繊維または糠から単離することができる。米国特許第６，１４７，２０６号の生成物は、精製アラビノキシランである。本明細書に記載される本発明者らによる新規の生成物は、フェルロイル−アラビノキシランおよび他の機能性分子からなる特有の粗製混合物、または米国特許第６，１４７，２０６号における生成物と顕著な構造的および機能的相違を有するより精製されたフェルロイル−アラビノキシランであるが、１つの理由としては、本発明者らは米国特許第６，１４７，２０６号においてなされたようにアルカリ抽出において過酸化水素を使用しておらず、したがって、アラビノキシランが漂白されておらず、その天然状態のアラビノキシランと会合するタンパク質性成分、フェノール性成分（例えば、フェルラ酸）、および脂質型成分が除去されていない。これらの成分は、米国特許第６，１４７，２０６号における生成物などの、これまでに生成されたアラビノキシラン生成物と比較して、優れた特性および用途をフェルロイル−アラビノキシランに持たせる。したがって、トウモロコシ繊維ガム（ＣＦＧ）とも称される精製トウモロコシ繊維アラビノキシランの乳化剤としての使用はこれまでに本発明者らによって報告されているが、他の天然成分を有する粗製形態（過酸化水素で漂白されていない）における乳化剤としてのその使用は、新規である。他の特有の組成物は、本明細書に記載されている。さらに、純粋または粗製形態におけるこのガムおよび他の植物源由来の他のバイオベース繊維ガムについてのさらなる新規の使用の例が、本明細書において提供される。また、本生成物と米国特許第６，１４７，２０６号における生成物との間のもう１つの相違が存在し、ガムを作製するための出発原料は、トウモロコシ糠ではなく、トウモロコシ繊維であった（しかし、本発明者らによるプロセスでは、出発原料としてトウモロコシ糠を使用することができる）。トウモロコシ繊維はトウモロコシ殻粒の繊維質部分であり、これは元は殻粒の籾および胚乳に存在していたが、トウモロコシの工業的な湿式製粉工程によって除去および回収されたものである。本発明者らによる好ましい原料は、胚乳をわずかしかまたはまったく含まない籾に主に由来する繊維質材料である、トウモロコシ糠である。トウモロコシ糠は、トウモロコシの工業的な乾式製粉工程によって除去および回収された、繊維質生成物である。驚くべきことに、本プロセスを使用して、トウモロコシ繊維、エンバク糠、コムギ糠、オオムギ藁およびオオムギ籾、サトウキビバガス、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、ならびにモロコシ糠などの農業副産物、ならびにリグノセルロースバイオマスならびにスイッチグラスおよびススキ属などのエネルギー作物から特有のガムを得ることができる。
【００２８】
図１〜５に記載される本発明者らによるプロセスは、トウモロコシ繊維／糠、エンバク糠、または上記で列挙した他の繊維含有生成物のいずれかのアルカリ抽出を利用して、２種類の新規の組成物を生成する：第１の組成物は精製化合物であり、第２の組成物は化合物からなる新規の混合物である：
【００２９】
１．精製化合物を含有する新規の組成物：ここで丁寧に詳述するように、図１〜３および５によるプロセスを使用して、例えば、トウモロコシ糠から、精製ＢＦＧを調製することができる。酸化剤を用いずに調製された精製ＢＦＧは、アラビノキシランから構成される新規の組成物であり、これは、石油コークス、炭塵、木炭粉末等などの炭素質材料の粉末からペレットおよびブリケットを作製するための結合剤として、紙および木材などの多孔質材料のための接着剤として、水中油型および油中水型エマルションを安定化させるための乳化剤として、水溶性抗酸化剤、粘度調整剤、フィルム形成剤、カプセル化剤として、ならびに抗酸化特性を有する可溶性食物繊維として有用である。図１、２、３および５ならびに表１に記載された通りの本発明者らによるプロセスによって単離され、試料Ｓとして表されている精製トウモロコシ糠ＢＦＧフェルロイル−アラビノキシランは、例えば、約１９０から約３９０ｋＤＡまで（例えば、１９０〜３９０ｋＤＡ）の範囲であり得る約３３５ｋＤａ（表１１）の重量平均分子量、約２４から約２７％（例えば、２４〜２７％）のアラビノース、約４８から約５１％（例えば、４８〜５１％）のキシロース、約７から約９％（例えば、７〜９％）のガラクトース、約６から約１４％（例えば、６〜１４％）のグルコース、および約３から約７％（３〜７％）のグルクロン酸からなる糖類組成（表１３）、ならびに約０．５（例えば、０．５）のアラビノース／キシロース比を有していた。表１において特定される試料ＯおよびＱなどの、図１〜３および５に記載される手順によって調製されたさらなる精製トウモロコシ糠ＢＦＧの分子特性は、試料Ｓに類似する。本発明者らは、図１〜３および５の本発明者らによるプロセスによって単離された純粋トウモロコシ糠ＢＦＧアラビノキシランが、タンパク質ならびに一般にトリアシルグリセロール、植物ステロール、遊離脂肪酸、およびフェルラ酸などのヒドロキシケイ皮酸として存在する抽出可能な脂質を含有すると推測する。表１３における約０．５（例えば、０．５）というアラビノース対キシロース比は、アルカリ性過酸化水素抽出を使用してトウモロコシ繊維ガム（アラビノキシラン）を作製するＤｏｎｅｒら（Ｄｏｎｅｒ，Ｌ．Ｗ．、ら、Ｃｅｒｅａｌ  Ｃｈｅｍ．、７５（４）：４０８〜４１１（１９９８））によって報告された約０．８２という値よりはるかに小さく、このことは、水酸化ナトリウム抽出のみによって単離された本ＢＦＧにおいて、キシラン骨格におけるアラビノース基の分枝がはるかに少ないことを示していた。また、本発明者らによる新規のプロセスによって生成されたＢＦＧについての表１１における固有粘度（０．９〜１．５ｄＬ／ｇ）およびＭａｒｋ  Ｈｏｕｗｉｎｋ指数（０．４３〜０．５２）値は、アルカリ性過酸化水素技術によって単離されたトウモロコシ殻粒アラビノキシランについてＦｉｓｈｍａｎら（Ｆｉｓｈｍａｎ，Ｍ．Ｌ．、ら、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ａｎａｌ．Ｃｈａｒａｃｔ．、５：３５９〜３７９（２０００））によって報告された、１．９２ｄＬ／ｇおよび０．８４という値とはかなり異なっていた。これらの事実は、本明細書に記載されたプロセスを使用して単離��れた精製ＢＦＧは特有かつ既知の組成物とは異なっていることを示していた。
【００３０】
２．化合物の新規な混合物を含有する新規の組成物：図１〜５のプロセスによって生成される本発明者らによる新規の組成物は、２つの異なるクラス、すなわち、「ａ」ＢＦＧアラビノキシランと他の多くの機能的成分との混合物を含有する組成物および「ｂ」非ＢＦＧアラビノキシラン機能性成分を主に含有する組成物に分けることができる。表１および表５の最終欄から、これらの混合物における％アラビノキシランを見積もることができる。図１および４の手順によって生成され、例えば、試料Ａ〜Ｆによって表される粗製混合物は、上記第１の「ａ」クラスを代表し、約４０から約６０％まで（例えば、４０〜６０％）のアラビノキシラン多糖を含有し（表１）、約１９０，０００から約３８０，０００ダルトン（例えば、１９０，０００〜３８０，０００ダルトン）の重量平均分子量を有していた（表１１）。これらの粗製混合物中のアラビノキシラン（ＢＦＧ）はまた、上記で記載された精製ＢＦＧアラビノキシランと同じ分子会合したタンパク質、トリアシルグリセロール、植物ステロール、脂肪酸、ヒドロキシケイ皮酸、および同じアラビノース対キシロース比を含有していた。これらのＢＦＧアラビノキシランおよび直前において記載された分子会合した成分に加えて、これらの混合物は、さらなる量の以下の会合していない（遊離の）機能的成分、すなわち、約１から約１０％まで（例えば、１〜１０％）のフェルラ酸および他のヒドロキシケイ皮酸などの遊離フェノール性化合物、約０．５から１０％（例えば、０．５〜１０％）の遊離タンパク質、約５から約６０％まで（例えば、５〜６０％）の塩化ナトリウムまたは塩化カリウムなどの無機塩、約０．５から約５％まで（例えば、０．５〜５％）のリグニン、約５から約５０％まで（例えば、５〜５０％）のアラビノキシラン由来のオリゴ糖、ならびに約５から約２０％まで（例えば、５〜２０％）のデンプン起源のオリゴ糖も含有していた。組成物は約３から約１４の間（例えば、３〜１４）のｐＨを有していたので、この組成物は、石油コークス、炭塵、木炭粉末等などの材料の粉末からペレットおよびブリケットを作製するための結合剤としての、紙および木材などの多孔質材料のための接着剤としての、水中油型および油中水型エマルションを安定化させるための乳化剤としての、水溶性抗酸化剤、粘度調整剤、フィルム形成剤、カプセル化剤、ならびに抗酸化特性を有する可溶性のプレバイオティクスおよび食物繊維としての有用性を有する。
【００３１】
図１、２、および５で描写されるプロセスの使用によって調製された準精製混合物は、上記「ａ」クラスの代表でもあり、上記で言及された粗製混合物よりも高いパーセンテージのアラビノキシランを有していた。濾過膜で精製された準精製混合物は、特定の分子量範囲によって特徴付けられる成分を有していた。例えば、１０，０００ダルトンＭＷＣＯを使用する図２に描写されるプロセスによって調製された保持液画分中の準精製ＢＦＧ組成物（試料Ｍ）は、約１０，０００ダルトン未満（例えば、＜１０，０００ダルトン）の分子量を有する塩、フェノール酸、オリゴ糖、およびタンパク質を含むすべての可溶性成分を除いて、上記で言及された成分を含有していた。
【００３２】
上記で記載した通りの「ｂ」クラスを代表する（主に非ＢＦＧ成分を含有する）新規の組成物および混合物は、図１、２、および５に描写される限外濾過膜の透過液画分、例えば、試料Ｎ、Ｐ、およびＲに代表される。試料Ｎは１０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液であり、元の溶液に由来する、塩、フェノール酸、オリゴ糖、およびタンパク質を含む約１０，０００ダルトン未満（例えば、＜１０，０００ダルトン）の分子量を有するすべての可溶性成分を主に含有していた。試料Ｐは５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液であり、元の溶液に由来する、塩、フェノール酸、オリゴ糖、およびタンパク質を含む約５０，０００ダルトン未満（例えば、＜５０，０００ダルトン）の分子量を有するすべての可溶性成分を含有していたこと以外は、試料Ｎと類似の混合物を含有していた。試料Ｒは１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜の透過液であり、元の溶液に由来する、塩、フェノール酸、オリゴ糖、多糖、およびタンパク質を含む約１００，０００ダルトン未満（例えば、＜１００，０００ダルトン）の分子量を有するすべての可溶性成分を含有していたこと以外は、試料ＮおよびＰと類似の混合物を含有していた。上記で言及されたように、試料Ｎ、ＰおよびＲは、凍結防止剤、肥料、抗酸化剤、および動物飼料用のプレバイオティクスとして有用であり、脱塩によりヒトのプレバイオティクスとして使用される。
【００３３】
３．類似のプロセッシングを使用した、上記１および２に記載されたが、農業生産物ならびに／またはリグノセルロース農業副産物（例えば、トウモロコシ糠／繊維またはエンバク糠、コムギ糠、オオムギ藁およびオオムギ籾、サトウキビバガス、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、モロコシ糠などの他の糠／繊維試料）ならびにスイッチグラスおよびススキ属などのリグノセルロースエネルギー作物のアルカリ抽出によって作製された、同じクラスの生成物、純粋ＢＦＧ、クラス「ａ」と「ｂ」の両方の準純粋ＢＦＧ、ならびに粗製ＢＦＧ。
【００３４】
本明細書に記載される組成物の新規の使用には以下が含まれるが、これらに限定されない：石油コークスペレット結合剤（図６を参照）；石炭ペレット結合剤；動物またはペット飼料ペレットのための結合剤；水性塗料乳化剤；水中油型乳化剤（食品および非食品）、表７、８、および９を参照；ペースト、グリースおよび他の非食品生産物のための油中水型乳化剤（食品および非食品）；摩擦低減剤；鉱石バインダー（ペレット化）；針葉樹合板製造における使用を含む、様々な用途のための接着剤であって、この場合、公知の発がん物質および呼吸器刺激物質であるフェノールホルムアルデヒド樹脂の良好な代替物であり得る；他の接着剤用途には、紙、ボール紙、段ボール、陶器などの多孔質材料、プラスチック、および関連する品目のための接着剤の使用が含まれる；抗菌剤；セラミックバインダー；掘削泥水；マイクロカプセル化；抗酸化特性および他の健康特性を有する抗酸化（ＯＲＡＣ）（表１０を参照）プレバイオティクス；抗酸化活性および２つの方法（可溶性繊維と植物ステロール）による潜在的なコレステロール低下活性を有する可溶性食物繊維；香味剤、ビタミン、オメガ３および他の不飽和脂肪酸、ならびに他の任意の分解しやすいおよび／または酸化されやすい化合物または材料を保護する、天然の抗酸化活性を有するカプセル化剤；凍結防止剤（脱塩プロセスから生じるナトリウム塩およびカルシウム塩）；肥料（脱塩プロセスから生じるカリウム塩）；タコナイト鉱石ペレット用のバインダー；ならびにセラミックの製造における二酸化ジルコニウムまたは他の鉱物用のバインダー。
【００３５】
本明細書に記載される組成物の新規の使用には、石油および天然ガスの水圧破砕（フラッキング）用途における使用のための化学物質も含まれる。石油および天然ガス田の掘削用途において、この混合物は、孔破砕物の洗浄および懸濁を促進するその特有のレオロジー特性に起因する掘削流体増粘剤としての使用、流体損失を低減する際の助剤としての使用、ならびに噴出および噴油井を回避するための静水圧制御剤としての使用を含む、いくつかの有用な特性を有すると考えられる。この混合物は、適度な濃度に水を効率的に濃縮するその能力に起因して、水圧破砕およびグラベルパッキング中にプロパントを懸濁および輸送するのに有用であると考えられる。この混合物はまた、潤滑剤、摩擦低減剤、および粘度制御剤として同時に機能すると考えられる。
【００３６】
本明細書に記載される組成物の新規の使用には、木炭およびバイオ炭のバインダーも含まれる。驚くべきことに、本組成物は、木炭およびバイオ炭からブリケットおよびペレットを作製する際に使用することもできる。混合物は、より高価な樹脂またはデンプンバインダーを使用することなく、炭化物を一緒に保持するバインダーの役割を果たす。石油コークスペレットの結合において本発明者らが行った研究により、これらの新規の生成物が炭素質材料を結合して強固なペレットにするのに有用であることが示された。
【００３７】
本明細書に記載される組成物の新規の使用には、コークス−水スラリーまたは石炭−水スラリーの安定化剤または懸濁剤も含まれる。増粘剤および乳化剤としての混合物の使用により、石炭の輸送および大気への有害な排出の低減において補助し、これにより石炭を防爆することでコークス−または石炭−水スラリーを安定化することができ、これらのスラリーの、蒸気を発生させてタービンを動作させるまたは製油所において石油をクラッキングするための液体燃料（例えば、暖房用油およびディーゼル燃料）またはガスの等価物としての使用を容易にし得る。
【００３８】
別段の定義がされない限り、本明細書において使用されるすべての科学技術用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。「約」という用語は、プラスまたはマイナス１０パーセントと定義され、例えば、約１００°Ｆは、９０°Ｆから１１０°Ｆを意味する。本明細書に記載されるものと類似または等価な任意の方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、好ましい方法および材料を以下に記載する。
【００３９】
以下の実施例は本発明をさらに説明することだけを意図するものであり、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【実施例】
【００４０】
特有の粗製混合物、準精製、および精製トウモロコシ糠またはエンバク糠由来のバイオベース繊維ガムの組成：上記の通りに生成したいくつかの新規の生成物の組成を表１に示す。表１はＺ−Ｔｒｉｍ「廃液流」、上記の通りに最初にｐＨ調整を行いまたは行わずに、蒸発およびエタノール沈殿、噴霧乾燥またはドラム乾燥によって処理されたトウモロコシ糠またはエンバク糠のアルカリ抽出物から作製された、バイオベース繊維ガムについてのデータを示す。ｐＨ調整されたかどうか、または蒸発後にエタノール沈殿、もしくはドラム乾燥、もしくは噴霧乾燥のいずれがなされたかどうかにかかわらず、すべての粗製および準純粋画分は、灰分（アルカリおよび鉱酸由来）、タンパク質、デンプン、中性デタージェント繊維（ＮＤＦ）、および一部の場合には粗脂肪を含む、かなりの非ＢＦＧ成分を明らかに含有していたが、一方、純粋アラビノキシラン（例えば、米国特許第６，１４７，２０６号によって調製されたトウモロコシ繊維ガムなど）は、非常に少量の灰分、タンパク質、粗脂肪、デンプン、およびＮＤＦを含有していた。本発明者らは、蒸発および噴霧乾燥またはドラム乾燥の前に限外濾過、透析濾過、および非ＢＦＧ成分を除去するための他の精製方法によって調製されたＢＦＧも低レベルの灰分、タンパク質、粗脂肪、デンプン、およびＮＤＦを有していたことも見出している（表１）。
【００４１】
これらの新規の混合物および精製材料は、上記および以下に記載される通りの多くの新規の使用を有する。本発明者らは、トウモロコシ糠またはエンバク糠由来の粗製および準精製ガム混合物が、以下に記載されるように優れた水中油型乳化剤であることを見出した。
【００４２】
実施例１。トウモロコシ糠もしくはエンバク糠または他のバイオマス由来の粗製、準精製および精製ＢＦＧおよび混合物の水中油型の乳化剤としての使用。エマルションの調製：０．１％の安息香酸ナトリウムおよび０．３％のクエン酸を含有し、１：４のバイオベース繊維ガム対中鎖トリグリセリド（ＭＣＴ）比を有する乳化用の試料を調製した。試料の利用可能性に応じて、小規模（１０ｇ）および大規模（３０ｇ）で乳化を実施した。水中の安息香酸ナトリウムおよびクエン酸の溶液に、計算された量のガム試料を、室温で激しく撹拌しながらゆっくりと少しずつ添加し、次いで、終夜穏やかに撹拌して、水和して十分に溶解した均一な溶液を生成することにより、０．１％（ｗ／ｗ）の安息香酸ナトリウム（保存剤）および０．３％（ｗ／ｗ）のクエン酸を含有する、トウモロコシ糠から作製されたＢＦＧの原液（２７．７８ｍｇ／ｇ溶液）を乳化研究用に調製した。ガラス製バイアル中に９または２７ｇ（小規模または大規模）の上記ガム原液および１または３ｇ（小規模または大規模）の中鎖トリグリセリド（ＭＣＴ）を入れ、水中油型エマルション用の試料を各試料について３連で調製した。同じく１：４のガム対ＭＣＴ比を有するが各原料成分の濃度が１０分の１である低溶解度のガム試料（例えば、グアーガム、キサンタンガム、ＣＭＣ等）の乳化性能も試験した。エマルションの調製中に、乳化プロセスに対する増量剤の影響を回避するため、増量剤は添加しなかった。溶液をボルテックス処理し、次いで、直径１２ｍｍのヘッドを備えたポリトロン卓上ホモジナイザー（Ｂｒｉｎｋｍａｎｎ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ、ＰＴ１０／３５）を使用して、２０，０００ｒｐｍで３分間均一化した。上記均一化されたエマルションを、ＥｍｕｌｓｉＦｌｅｘ−Ｂ５高圧ホモジナイザー（Ａｖｅｓｔｉｎ  Ｉｎｃ．、Ｃａｎａｄａ）に２０，０００ｐｓｉの均一化圧力で３回通過させて、最終エマルションを調製した。エマルションの粒度分布を、レーザー回折粒度分析器（Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９５０）を使用して測定した。乳化効率を、エマルションの時間０における初期粒度で評価した。エマルション安定性を、６０℃（加速エージング試験）で３および７日間エマルションを貯蔵した後に決定した。良好なエマルションは、最小の粒度を有するエマルションであった。最も安定なエマルションは、試験期間中を通して粒度が小さいままであるエマルションであった。
【００４３】
エマルション試験結果：表７は、上記で記載された方法を使用したところ、「ゴールドスタンダード」である工業用のアラビアガムが最良かつ最も安定な乳化剤であったことを示す。粒度は、試験期間中を通して２〜４μｍの範囲であった。米国特許第６，１４７，２０６号によって作製された純粋トウモロコシ繊維ガムも優れた乳化剤であり、アラビアガムに類似していた。低レベルのＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）またはグアーガムなどの陰性対照は、大きなエマルション粒度を呈し、よって、不安定で劣ったエマルションを生成した。
【００４４】
トウモロコシ糠由来の、粗製、ｐＨ無調整（ｐＨ１１．８）、噴霧乾燥またはドラム乾燥バイオベース繊維ガムである試料ＢおよびＣは、驚くべきことに、相対的に良好で安定なエマルションをもたらした（表８。ｐＨ１１．８の試料（試料Ａ）のエタノール沈殿生成物もまた驚くべきことに効果的な乳化剤であったが、噴霧およびドラム乾燥試料ほど良好ではなかった。トウモロコシ糠由来の、粗製、ｐＨ７調整、エタノール沈殿、噴霧乾燥またはドラム乾燥バイオベース繊維ガム（試料Ｄ、Ｅ、およびＦ）はｐＨ１１．８生成物ほど効果的でなかったが、それでもなお驚くべきことに、これらはグアーおよびＣＭＣより良好であった。同様に、トウモロコシ糠由来の、粗製、ｐＨ４調整（ヘミセルロースＡ含有およびヘミセルロースＡ除去）、エタノール沈殿、噴霧乾燥またはドラム乾燥バイオベース繊維ガム（試料Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ）はｐＨ１１．８生成物ほど効果的でなかったが、それでもなお驚くべきことに、工業用のグアーおよびＣＭＣより大幅に良好であった。それぞれ１０Ｋ、５０Ｋおよび１００Ｋダルトンの分子量カットオフの限外濾過膜によってプロセッシングされた３つの噴霧乾燥保持液（試料Ｍ、ＯおよびＱ）は、推測通り、それらのそれぞれの透過液（試料Ｎ、ＰおよびＲ）、さらには工業用のグアーおよびＣＭＣより比較的良好な乳化剤であった。ヘミセルロースＡ除去後のエタノール沈殿による元の（非濃縮）トウモロコシＺ  Ｔｒｉｍ  ＷＳから調製された純粋ＢＦＧ（試料Ｓ）は、極めて驚くべきことに、ゴールドスタンダードである工業用のアラビアガムおよび極めて純粋なＣＦＧと同程度に良好であった（表７）。１２５Ｋダルトン膜を使用することによるトウモロコシＺ  Ｔｒｉｍ  ＷＳの透析濾過によって調製されたトウモロコシＢＦＧ（試料Ｔ）は、噴霧およびドラム乾燥によってエンバクＺ  Ｔｒｉｍ  ＷＳから調製された粗製ＢＦＧ（試料ＷおよびＸ）より優れ、１２５Ｋダルトン膜を使用した透析濾過によってエンバクＺ  Ｔｒｉｍ  ＷＳから同様に調製されたＢＦＧよりはるかに優れていた。
【００４５】
トウモロコシ糠、トウモロコシ茎葉、イネ繊維、コムギ藁、スイッチグラス、ススキ属、サトウキビバガス、およびモロコシ糠（赤紫色を製粉）から調製された極めて純粋なＢＦＧのエマルション安定性（表９）は、極めて驚くべきことに、ゴールドスタンダードであるアラビアガムおよび極めて純粋なＣＦＧ（表８）と同程度に良好であった。コムギ糠、モロコシ糠（黒色を製粉）、およびモロコシ糠（ウルシ色を製粉）から調製されたＢＦＧのエマルション安定性（表９）は、他のバイオマスから調製されたＢＦＧほど良好でなかった。理論に拘束されるものではないが、これらのＢＦＧのわずかに劣ったエマルション安定性は、それらの中に存在する高い灰分含有量（表５）に起因する可能性がある。これらのＢＦＧがプロセッシングされてそれらの灰分の大半が除去されれば、他のバイオマスから単離されたＢＦＧと同程度に良好な乳化剤になる可能性がある。
【００４６】
実施例２。石油コークスペレット用の結合剤としての、粗製、準精製、および純粋ＢＦＧおよび混合物の使用：石油コークスのペレット化用のバインダーとしてのバイオベース繊維ガム（ＢＦＧ）の有効性を実証するために、この用途において典型的に使用されるバインダーを使用してペレットを生成し、これらを本発明者らによる新規のＢＦＧバインダーを使用して作製されたペレットと比較した。生成したペレットを分析および比較した。
【００４７】
ペレット化手順：２．５ｋｇの石油コークス微粉および２０ｇのバインダーを３ｋｇ容量のＥｉｒｉｃｈペレタイザーに入れることによって、０．８％のバインダーを含有する石油コークスペレットを調製した。所望の濃度を生成するためにコークスの量を減少させてバインダーの量を増加させることによって、より高いバインダー濃度を含有するペレットを作製した。ボウルを時計回り（ｃｗ）に９０Ｈｚで回転させ、撹拌器をｃｗに３０Ｈｚで回転させながら、２分間混合を行った。次いで、ボウルの方向を反時計回り（ｃｃｗ）に逆転させ、速度を５０Ｈｚに減少させた。さらに２分間混合しながら、水をゆっくりと添加した。各種類および濃度の被験バインダーは、バインダーの量および特性に応じて異なる量の水の添加を要した。水の添加の範囲は１４０ｍＬから４７５ｍＬまでであった。水の添加後、ボウル速度を４０Ｈｚに減少させ、１分間混合し、次いで、３０Ｈｚに再び減少させ、さらに１分間混合した。次いで、ペレタイザーを停止させ、中身をあけてペレットを回収した。次いで、ペレットをＴｈｅｌｃｏオーブン中で１０５℃で４から６時間乾燥し、その後取り出して完全に冷却させた。
【００４８】
圧縮力測定：ペレットを破壊するのに要する圧縮力を、Ｃｈａｔｉｌｌｏｎ  ＬＧ−０５０メカニカルフォースゲージを使用して測定した。ペレットを破壊するのに要する圧縮力の量は、バインダーの有効性に比例していた。試験に合格するために必要な最小許容強度として、５ｐｓｉの最小値を使用した。この試験において、最も有効な結合剤は、破壊するのに最も高い圧縮力を要するペレットをもたらした。
【００４９】
結果：図６は、様々なバインダーを使用して生成したペレットについての圧縮力測定の結果を示す。ＢＦＧ＃１は、ｐＨ１１．８調製物のドラム乾燥によって単離されたＢＦＧ、表１で規定される通りの試料Ｃであった。ＢＦＧ＃２は、ｐＨ７．０調製物のドラム乾燥によって単離されたＢＦＧ、試料Ｆであった。ＢＦＧ＃３は、ｐＨ１１．８調製物の噴霧乾燥によって単離されたＢＦＧ、試料Ｂであり、ＢＦＧ＃４は、ｐＨ７．０調製物の噴霧乾燥によって単離されたＢＦＧ、試料Ｅであった。ＢＦＧ＃ＵＦは、限外濾過およびドラム乾燥によって単離されたバイオベース繊維ガムであった。ＣＭＣ５１は、カルボキシメチルセルロースであった。ＣＭＣ８２４は、カルボキシメチルセルロースであった。ＣＭＣ７００は、カルボキシメチルセルロースであった。リグノスルホネートは、木材パルプ製造からの工業的副産物であった。デンプンは、工業用の未加工デンプンであった。デンプンバインダーは、加工食品グレードのデンプンバインダーである、Ｕｎｉｓｃｏｐｅ  Ｓｔａｒｃｈ  Ｂｉｎｄｅｒ（商標）であった。
【００５０】
１％のゼラチン以外、すべての被験バインダーが最小圧縮力試験に合格した。驚くべきことに、粗製ＢＦＧ試料（ＢＦＧ＃１〜４）および精製ＢＦＧ試料（ＢＦＧ＃ＵＦ）は、この用途のために一般に使用される他の材料よりも良好な結果を示した。上記の通り、ＢＦＧ＃１は、ｐＨ１１．８調製物のドラム乾燥によって単離されたものであった（試料Ｃ）。上記の通り、ＢＦＧ＃２は、ｐＨ７．０調整廃液流のドラム乾燥によって単離されたものであった（試料Ｆ）。上記の通り、ＢＦＧ＃３は、ｐＨ１１．８廃液流から噴霧乾燥によって単離されたものであり（試料Ｂ）、ＢＦＧ＃４は、ｐＨ７．０廃液流から噴霧乾燥によって単離されたものであった（試料Ｅ）。ＢＦＧ＃ＵＦ試料は、図２に記載された限外濾過プロセスによって調製されたものであり、したがって、より高度に精製されていた。驚くべきことに、粗製混合物、試料Ｂ、Ｃ、Ｅ、およびＦは、概してより精製された試料より効果的であった。しかし、すべてが驚くほど優れたバインダーであった。驚くべきことに、ＢＦＧ試料は、リグノスルホネート、デンプン、デンプンバインダー、およびゼラチン処理試料より高い圧縮力測定値を示した。３種類のＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＣＭＣ５１、８２４および７００を試験すると、それぞれ１０．４、１１．９、および１３．０ｐｓｉという許容可能な測定値を示した。驚くべきことに、ＢＦＧ＃４を除くすべてのＢＦＧ試料が、ＣＭＣ試料と比較してより優れた性能を示した。驚くべきことに、ＢＦＧ＃４は、ＣＭＣ５１と比較してより高いが他の２つのＣＭＣ試料よりもわずかに低い圧縮力測定値である、１１．１という圧縮力を示した。
【００５１】
最小圧縮力測定に適合するのに必要なバインダーの量を比較した場合、驚くべきことに、ＢＦＧ試料はまた、他の種類の被験バインダーより優れていた。ＣＭＣバインダーのみが同等のレベルで使用することができ、さらに最小圧縮基準に適合することができた。ＣＭＣはこれらの用途のための「ゴールドスタンダード」であるバインダーであり、これらのＢＦＧおよびＢＦＧ混合物がバインダーとして驚くほど同等または優れていたので、これらのＢＦＧは、この用途ならびに木炭、石炭粉末、熱分解バイオ炭、黒鉛、および他の同様の材料などの炭素質材料の結合を要する他の任意の用途に対する驚くほど良好な結合剤であった。
【００５２】
実施例３。抗酸化特性を有する新規のＢＦＧ組成物の生成：食品および非食品生産物をフリーラジカル、酸素、オゾン、および他の有害な環境要因に起因する酸化ダメージから保護するのに役立ち得る新規の組成物に対する必要性について、多くの例が存在する。ビタミン、オメガ−３多価不飽和脂肪酸、魚油、医薬、塗料用顔料等などの酸化に対して感受性である価値のある製品を乳化する、カプセル化する、またはこれらの上に保護フィルムを形成することを同時に行う能力を有するＢＦＧ組成物は、これらの感受性材料の保護に有用であるはずである。本発明者らは、本発明者らによるＢＦＧ組成物が、驚くべきことに、これらの感受性で酸化されやすい材料を乳化する、カプセル化する、およびこれらの上にフィルムを形成する能力を有するだけでなく、驚くべきことに、それらの抗酸化特性に起因して酸化を防止する能力をも有すること見出した。組成物、食品、および植物化学物質の抗酸化力を測定する１つの手法は、組成物のＯＲＡＣ（酸素ラジカル吸収能）値を決定することである。この試験により、材料の抗酸化活性の全体的な尺度が得られる。ＯＲＡＣスコアが高いほど、その材料の抗酸化能が高い。本明細書において引用される新規の組成物は、以下の公開された手順：Ｈｕａｎｇ，Ｄ．、ら、Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．、５０：１８１５〜１８２１（２００２）；およびＯｕ，Ｂ．、ら、Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．、５０：３１２２〜３１２８（２００２）を使用して、民間試験所によって試験された。結果を表１０に示す。
【００５３】
結果：驚くべきことに、ｐＨ調整を行いまたは行わずに試料を単純に蒸発させ、続いて噴霧乾燥することによって単離された粗製ＢＦＧ（試料Ｂ、ＥおよびＩ）は、生成物１００グラムあたり約１３４，０００から約１７０，０００マイクロモルＴｒｏｌｏｘ当量（ＴＥ）までの親水性ＯＲＡＣ値を示した。ＯＲＡＣ値は、茹でたサツマイモなどの、少量の抗酸化物質を含有する組成物が８００（μｍｏｌ  ＴＥ／１００グラム）未満のＯＲＡＣ値を有し、一方、粉砕されたクローブなどの、これまでに試験された最も高いＯＲＡＣ値を有する組成物が約３００，０００という高さのＯＲＡＣ値を有することを理解することにより、正しく評価することができる。これらのデータは、試料Ｂ、ＥおよびＩにおけるものなどのＢＦＧ組成物が、驚くべきことに、５０，０００の範囲の値を有する乾燥カカオ粉末よりもはるかに高い、極めて高いレベルの抗酸化物質を有することを示していた。興味深いことに、トウモロコシ糠（ＢＦＧはすべてこれから調製された）は、驚くべきことに、約２，０００というはるかに低い親水性ＯＲＡＣ値を有していたが、この値はかなり大きいものの、粗製ＢＦＧ混合物の値（１３４，０００から約１７０，０００μｍｏｌ  ＴＥ／１００ｇ）およびそれから単離された純粋ＢＦＧ（ヘミセルロースＢ、７，０９３μｍｏｌ  ＴＥ／１００ｇ）よりはるかに低い。また、トウモロコシ廃液流出発材料から回収された精製ＢＦＧ（ヘミセルロースＢ）（試料Ｓ）は、驚くべきことに、トウモロコシ糠より高い親水性ＯＲＡＣ値をも有していた。興味深いことに、米国特許第６，１４７，２０６号によって調製された純粋トウモロコシ繊維ガムは、本明細書に記載されたプロセスによって調製された純粋ＢＦＧヘミセルロースＢ（試料Ｓ）より高い親水性ＯＲＡＣ値を有していた（これらの組成物が既知の化合物とは異なっていたことをかさねて示している）。トウモロコシ茎葉、イネ繊維、コムギ糠、コムギ藁、スイッチグラス、ススキ属、およびサトウキビバガスから単離された純粋ＢＦＧ（ヘミセルロースＢ）の親水性ＯＲＡＣ値は、驚くべきことに、それらそれぞれの元のバイオマスより高く（表１０）、このことは、本アルカリプロセスによってより多くの抗酸化物質を含有するＢＦＧ生成物を可溶化し、利用可能とすることができることを示している。本発明者らによる結果はまた、すべてのモロコシ糠が抗酸化物質に極めて富んでいたこと（ＯＲＡＣ値：２４，０００〜７８，０００μｍｏｌ  ＴＥ／１００ｇ）、およびその非常に高い量（１８，０００〜３０，０００μｍｏｌ  ＴＥ／１００ｇ）が、それらの単離のために使用されるアルカリ抽出によってそれらのＢＦＧに保存され得ることを示していた。
【００５４】
まとめると、これらのＢＦＧ混合物および精製ＢＦＧは、驚くべきことに、それらが調製された材料よりもはるかに高く、カカオなどの高レベルの抗酸化物質を有することが知られている品目よりもはるかに高い、極めて高いＯＲＡＣレベルを有していた。このように、本発明者らによる粗製組成物中に存在する、オリゴ糖、多糖、塩、フェノール酸、および他の脂質からなる特有の混合物は、組み合わされることでＯＲＡＣ値によって測定された場合に驚くほど高いレベルの抗酸化物質をもたらし、したがって、新規かつ有用な材料であった。また、精製ＢＦＧ、とりわけコムギ糠、トウモロコシ茎葉、スイッチグラス、およびススキ属由来の精製ＢＦＧの高いＯＲＡＣ値は、驚くべきものであった。これらのＢＦＧはすべて、可溶性食物繊維に富む（８０％超）と共に（表６）、強力な抗酸化物質であった。このような材料のヒトによる消費は、心疾患の予防にとって有益であり得る。非常に高度に抗酸化物質に富んだモロコシ糠のＯＲＡＣ含有量の非常に高い比は、現行のアルカリ単離技術を使用することによって、それらのＢＦＧに保存され得る。
【００５５】
実施例４。ＢＦＧを使用した油のカプセル化。方法：最初に水中のＢＦＧまたはアカシアガム５％溶液を生成することにより、試料を調製した。次いで、ＢＦＧまたはアカシアガム溶液を天然オレンジ油と混合し、ローター／ステーター高剪断ミキサーを使用して均一化した。次いで、超音波振動ノズルを使用して溶液を１分あたり１〜２ｍＬで噴霧乾燥機にポンプ送出して、カプセル化油を生成した。結果および使用した具体的な乾燥条件を表１４に示す。
【００５６】
結果：熱重量分析を使用して、２００℃未満においてカプセル化材料の揮発（重量損失）量を測定することにより、すべての試料についての処理量を決定した。２００℃を超えると、アカシアガムおよびＢＦＧが分解し始めた。カプセル化試料の比較により、試験されたより低い油処理量では、２つのＢＦＧ試料が、それらのカプセル化剤としての有用性においてアカシアガムに非常に類似して機能したことが示された。アカシアガムは、カプセル化のために使用される良好な代表的標準物質であった。試験されたより高い処理量レベルでは、試料はなお良好に機能したが、処理量はアカシアガムより幾分低かった。ＢＦＧ試料について回収された材料は、アカシアガム試料のものと比較してより多かった。このことは、温度および油処理量の最適化により、ＢＦＧを効果的なカプセル化剤として使用することができることを示していた。
【００５７】
実施例５。針葉樹合板製造における、フェノール−ホルムアルデヒド（ＰＦ）樹脂の部分的置き換えとしてのＢＦＧの使用：合板の製造では、フェノール−ホルムアルデヒド（ＰＦ）樹脂が使用される。これらの樹脂は相対的に高価であり、それに曝露された人間に対して相対的に毒性となることがあり、かなりの量の化石由来の原料成分を含有する可能性がある。本明細書における手順に従って調製された粗製、準精製、および精製ＢＦＧならびにそれらの特有の混合物を試験して、これらが針葉樹合板製造において使用されるＰＦ樹脂の一部の代替となることができるかどうかを調べた。これはまさに、パネル製造工場における効果的な捕捉によるホルムアルデヒド排出制御の問題ならびに粘度制御および硬化時間の管理ルーチン問題を考慮した、材料開発である。ＢＦＧが許容可能な特性を有していれば、これらの天然、再生可能、および非毒性の生成物は、合板製造においてより望ましくないＰＦ樹脂の一部を置き換えるのに役立ち得る。
【００５８】
樹脂物理特性の試験：以下のすべての試験および報告は民間試験所（Ｆｏｒｉｎｔｅｋ  Ｃａｎａｄａ  Ｃｏｒｐ）によって行われたものであり、同試験所は、ＢＦＧ生成物を除くすべての材料を提供および調製した。これらの材料には、ダグラスファー合板ベニヤ、工業用ＰＦ樹脂、ソーダ灰、小麦粉、および充填剤が含まれる。ｐＨ、粘度、ゲル化時間、および固形物％を含めたトウモロコシ糠ＢＦＧの物理特性についての試験が、民間試験所によって実施された。対照として、工業用合板ＰＦ樹脂もこれらの特性について試験した。結果を表１５に示す。
【００５９】
合板パネルの製造および試験：合板パネルのための典型的な成分を含有する対照接着剤混合物を構成した（表１６）。ＢＦＧを１０または２０％のＰＦ樹脂の代替とするために使用して、４つの実験用接着剤配合物を構成した（表１６）。１５×１５インチの試験パネルにおける最初の実験により、１０％ＢＦＧ代替による接着剤混合物４ａは、対照接着剤混合物と類似して機能することが示された。次いで、この混合物４ａをその後の研究のために使用した。次に、ダグラスファーベニヤおよびＢＦＧを１０％ＰＦ樹脂固形物の置き換えレベルで含有する接着剤混合物４ａを使用して、２つの異なるプレス温度で、６枚の実験用３層合板パネル（パネルＥ１〜Ｅ６）を作製した。また、表１６に示す工業用フェノール系接着剤混合物を使用して、３枚の対照３層合板パネル（パネルＣ１〜Ｃ３）を作製した。こうして、以下のパラメータに従い、合計９枚の合板パネルを製造した：
板寸法                ３４インチ×２４インチ
工業用ＰＦ樹脂        Ｃａｓｃｏｐｈｅｎ  ＢＣＷ２０２１
接着剤混合物充填率    ３５ｌｂ／１０００ｆｔ２（ＳＧＬ）
合板ベニヤ            ダグラスファー
プレス盤温度          ３００°Ｆおよび４００°Ｆ
プレス時間            Ｃ１〜Ｃ３について２７０、３００および３３０秒（３００°Ｆで）
Ｅ１〜Ｅ３について２７０、３００および３３０秒（３００°Ｆで）
Ｅ４〜Ｅ６について２７０、３００および３３０秒（４００°Ｆで）
【００６０】
得られた合板パネルを、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｖｏｌｕｎｔａｒｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｌｙｗｏｏｄ  ＰＳ  １〜９５によって規定された手順を使用して、木部破断および剪断強度について試験した。試験には、水中での減圧／加圧処理および煮沸−乾燥−煮沸処理が含まれた。木部破断は、接着された試験片上での剪断強度試験における木材繊維の断裂であり、通常、このような破断を示す当該面積のパーセンテージとして表現される。高い木部破断％は、通常、強力な接着剤結合を示す。試験データの概要を表１７に示す。
【００６１】
試験により、３００°Ｆで作製されたすべてのパネル（すなわち、Ｃ１〜Ｃ３およびＥ１〜Ｅ３）がほどよく良好な剪断強度を有することが示された。短いプレス時間（２７０秒）で作製されたパネルＥ１のものを除いて、木部破断％値も高かった。これらの試験により、ＰＦ樹脂の１０％ＢＦＧ代替による送気管混合物は申し分のない結合強度をもたらすことが可能であるが、硬化速度が幾分遅いことが示された。このことはまた、木部破断％（Ｅ１およびＥ４のデータを参照）が短いプレス時間でより高いプレス温度（４００°Ｆ）において大幅に改善されたという観察に一致していた。パネルＥ４〜Ｅ６を検査することにより、Ｅ４およびＥ５の場合のように、プレス時間が長すぎないならば、より高いプレス温度で申し分のない結合強度が得られることが示された。しかし、プレス時間を延長すると（３３０秒）、木部破断％が劇的に低減したＥ６の場合で示されるように、高いプレス温度はＢＦＧの性能に有害であるように思われた。
【００６２】
結論：ダグラスファーベニヤからの３層外装グレード合板の製造において、ＢＦＧは、工業用フェノール−ホルムアルデヒド樹脂ＢＣＷ２０２１の１０％を代替することが容易に可能である。申し分のない結合強度が得られた。より最適化された配合およびプロセッシング条件により、ＢＦＧのより高い代替レベルが実現できる可能性は非常に高い。
【００６３】
実施例６。ブリケット用バインダーとしてのＢＦＧの使用。方法：粉砕された広葉樹炭化物（９０％）とおがくず（１０％）との混合物を結合剤としてのゼラチン化デンプンまたはＢＦＧと共に使用して、木炭ブリケットを作製した。水中で加熱することによってデンプンバインダーをゼラチン化させて３０％デンプンペーストを調製し、次いで、木材炭化物／おがくず混合物中に６〜７％の乾燥材料重量で混合した。ＢＦＧバインダーを木材炭化物／おがくず混合物中に混合して水を添加してバインダーを活性化させるか、または溶液として調製した後に添加した。ＢＦＧを、２〜２．５％の乾燥材料重量で使用した。混合物をミキサー中で調製した後、２５グラムの混合物を秤量して鋳型に入れ、１０００ｐｓｉでの３０秒間の液圧プレスを使用して圧縮することにより、ブリケットを作製した。使用した鋳型は、およそ１インチ×２インチで、最終ブリケットの高さは約２．５インチであった。湿潤ブリケットをオーブン中で１０５℃で１５時間乾燥した。ブリケットの品質を、破壊試験を使用してブリケットの強度を測定して決定した。これを、５ｍｍプローブおよびＩｎｓｔｒｏｎテクスチャ分析器を使用して、新しい（未乾燥）ブリケットおよび乾燥ブリケットについて行った。各混合物について５つの複製を作製し、結果を平均した。結果を表１８に示す。
【００６４】
結果：すべての被験混合物について、ブリケットの強度は乾燥時に著しく増加した。デンプンがバインダーとして使用された場合（対照とみなす）、これは、被験ＢＦＧ試料と比較して最も高い未乾燥および乾燥強度を示した。ＢＦＧ＃１試料（湿潤状態で添加されたおよび乾燥状態で添加されて水で活性化された）は、デンプン対照で使用されたバインダーの３分の１未満の量を使用して作製された。ＢＦＧブリケットはデンプンブリケットほど強度はなかったが、これらは有望な製品を製造するのに十分な強度であった。使用されたＢＦＧ＃２材料は、２．５％の乾燥材料重量で添加され、ＢＦＧ＃１試料と共に使用されたより低レベルと比較してはるかに強度のあるブリケットをもたらした。ＢＦＧ添加剤をより高いレベルまで増加することによって、いっそう強度のある最終生成物が得られることは明らかである。
【００６５】
本明細書において引用された米国特許を含むすべての参考文献は、参照によりそれらの全体が組み込まれる。以下の参考文献：米国特許第５，７６６，６６２号；米国特許第６，１４７，２０６号もまた、参照によりそれらの全体が組み込まれる。
【００６６】
よって、上記を考慮すると、本発明は（一部分において）以下に関する：
【００６７】
（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の範囲の温度で混合してスラリーを形成するステップと、
（ｂ）前記スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、前記溶液が約０．１から約１０ｗｔ％の固形物を含有し、前記固形物がアルカリ可溶性画分であるステップと、
を含み、
以下：
（ｃ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｄ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｅ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、乾燥して粉末にするステップ、
（ｆ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約２から約５体積の溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｇ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記可溶性成分を１から５体積の有機溶媒で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｈ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約１から５体積（好ましくは約２体積のエタノール）の有機溶媒（エタノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、または
（ｉ）前記溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに（好ましくは約３．５から４．５に）調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、残った溶液を約２体積の溶媒（エタノール）で処理して沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ
のうちの１つとを含み（または本質的にそれらからなりまたはそれらからなり）、
任意選択で、溶液が以下：
（１）前記溶液を脱塩して、脱塩溶液が溶液になるステップ、
（２）溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、透過液が溶液になるステップ、または
（３）溶液を少なくとも１つのナノ濾過膜または限外濾過膜または透析濾過膜を通過させる処理をして、保持液が溶液になるステップ
のうちの少なくとも１つによって前処理される、バイオベース繊維ガムの調製のためのプロセス。
【００６８】
前記乾燥するステップが、ドラム乾燥または噴霧乾燥による、上記プロセス。
【００６９】
酸化剤を利用しない、上記プロセス。前記酸化剤が、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、およびこれらの混合物からなる群から選択される、上記プロセス。
【００７０】
前記農業材料が、トウモロコシ糠、トウモロコシ繊維、エンバク糠、エンバク繊維、コムギ糠、コムギ繊維、オオムギ藁およびオオムギ籾、スイッチグラス、サトウキビバガス、ススキ属、トウモロコシ茎葉、コムギ藁、モロコシ糠、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される、上記プロセス。
【００７１】
（ａ）農業材料を加熱したアルカリ溶液と約７５℃から約１５０℃の範囲（好ましくは約８５℃から約９０℃の範囲）の温度で混合してスラリーを形成するステップと、
（ｂ）前記スラリーから不溶性成分を分離して約９から約１４（好ましくは約１０から約１２の範囲）のｐＨを有する溶液を生じるステップであって、前記溶液が約０．１から約１０ｗｔ％の固形物を含有し、前記固形物がアルカリ可溶性画分であるステップと、
を含み（または本質的にそれらからなりまたはそれらからなり）、
以下：
（ｃ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｄ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から約１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、乾燥して粉末にするステップ、
（ｅ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から約１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、乾燥して粉末にするステップ、
（ｆ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を約２から約５体積（好ましくは約２体積）の有機溶媒（エタノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｇ）前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から約１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記可溶性成分を２から約５体積（好ましくは約２体積）の有機溶媒（エタノール）で沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｈ）前記溶液を約１６から約２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、前記溶液のｐＨを約２から約１２のｐＨに（好ましくは約４から約１０のｐＨに、より好ましくは約４から約７のｐＨに）調整し、前記可溶性成分をエタノールで沈殿させて沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ、
（ｉ）前記溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに（好ましくは約３．５から４．５に）調整してヘミセルロースＡを沈殿させ、残った溶液を２体積の有機溶媒（エタノール）で処理して沈殿物および上清を形成し、前記沈殿物および前記上清を別個に乾燥するステップ
のうちの少なくとも１つとを含み、
任意選択で、溶液が以下：
（１）溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、透過液が、蒸発させて乾燥した後に凍結防止剤、プレバイオティクス等を含めた様々な使用に有用である、１０，０００ダルトン未満（＜１０，０００ダルトン）の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になるステップ、
（２）溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を５０，０００ダルトン膜を通過させる処理をして、透過液が、蒸発させて乾燥した後に凍結防止剤、プレバイオティクス等を含めた様々な使用に有用である、１０，０００から５０，０００ダルトンの間の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になるステップ、
（３）溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして、透過液が、蒸発させて乾燥した後に凍結防止剤、プレバイオティクス等を含めた様々な使用に有用である、５０，０００から１００，０００ダルトンの間の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になるステップ、
（４）溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして、この保持液が、乾燥時に精製ＢＦＧとなる１００，０００ダルトン超の分子量を有するアルカリ可溶性画分を含有する溶液になるステップ、
（５）溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させてプロセッシングし、この保持液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ膜を通過させる処理をして、この保持液のｐＨを約２から約５のｐＨに（好ましくは約３．５から４．５に）調整して、次いで乾燥してヘミセルロースＡを生じる沈殿剤を沈殿させて、残った溶液が、１００，０００ダルトン超の分子量を有するＢＦＧ生成物（ヘミセルロースＢ）を含有し、すべてのｐＨ値で可溶性であるステップ、
（６）溶液を１０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、（ａ）蒸発させて乾燥して凍結防止剤として有用な１０，０００ダルトン未満（＜１０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる透過液および（ｂ）蒸発させて乾燥して準精製ＢＦＧである１０，０００ダルトン超（＞１０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる保持液を形成するステップ、または
（７）溶液を５０，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、（ａ）蒸発させて乾燥して凍結防止剤として有用な５０，０００ダルトン未満（＜５０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる透過液および（ｂ）蒸発させて乾燥して準精製ＢＦＧである５０，０００ダルトン超（＞５０，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる保持液を形成するステップ、または
（８）溶液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、（ａ）蒸発させて乾燥して凍結防止剤として有用な１００，０００ダルトン未満（＜１００，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる透過液および（ｂ）蒸発させて乾燥して精製ＢＦＧである１００，０００ダルトン超（＞１００，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を生じる保持液を形成するステップ、または
（９）溶液を１００，０００ダルトンＭＷＣＯ限外濾過膜を通過させる処理をして、１００，０００ダルトン超（＞１００，０００ダルトン）の分子量を有する生成物を含有する保持液を形成し、前記保持液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整して、（ａ）次いで乾燥してヘミセルロースＡを形成する沈殿物および（ｂ）１００，０００ダルトン超の分子量を有するすべてのｐＨ値で可溶性であり高度に精製されたＢＦＧである生成物（ヘミセルロースＢ）を含有する溶液を形成するステップ、
（１０）前記溶液から塩および灰分を除去して、凍結防止剤、プレバイオティクス等を含めた様々な使用のための塩含有および灰分含有画分（透過液）を使用するステップ、
（１１）前記溶液から塩および灰分を除去し、前記溶液を１６〜２３ｗｔ％の固形物となるまで蒸発させ、次いで乾燥して、蒸発させて乾燥した後にプレバイオティクス、抗酸化剤、結合剤、増粘剤、接着剤等を含めた様々な使用に有用である準精製ＢＦＧヘミセルロースを生じるステップ、
（１２）前記溶液から塩および灰分を除去し、溶液のｐＨを約２から約５のｐＨに調整して、（ａ）次いで乾燥してヘミセルロースＡを形成する沈殿剤および（ｂ）準精製ＢＦＧヘミセルロースＢ（すべてのｐＨ範囲において可溶性であり、さらに、元の溶液中に存在する他の非イオン性材料の混合物）を含有する溶液を形成するステップ、
（１３）任意選択で、溶液が、その前もしくは後にｐＨ調整を行いもしくは行わずに、限外濾過もしくは透析濾過膜もしくはナノ濾過によって前処理されて（ａ）準精製ＢＦＧクラス「ａ」生成物を主に含有する溶液になる１つまたは複数の保持液を形成し、（ｂ）得られた１つまたは複数の透過液が、乾燥して粉末形態にすることができる、さらなる準精製ＢＦＧクラス「ｂ」生成物を含有する溶液になるステップ
のうちの少なくとも１つによって前処理される、上記プロセス。
【００７２】
上記プロセスによって生成される生成物。
【００７３】
（ａ）バインダーとしての上記プロセスによって生成される生成物および（ｂ）炭素質材料を含む組成物。
【００７４】
（ａ）乳化剤としての上記プロセスによって生成される生成物、（ｂ）油および（ｃ）水を含む水中油型または油中水型組成物。
【００７５】
（ａ）抗酸化剤としての上記プロセスによって生成される生成物および（ｂ）被酸化性である材料を含む組成物。
【００７６】
上記プロセスによって生成される生成物を被酸化性である組成物に添加するステップを含む、被酸化性である組成物の酸化を低減する方法。上記プロセスによって生成される生成物を被酸化性である組成物と混合するステップを含む、被酸化性である組成物の酸化を低減する方法。
【００７７】
上記プロセスによって生成される生成物を炭素質材料に添加するステップと、ペレット化するステップとを含む、炭素質材料を結合する方法。上記プロセスによって生成される生成物を炭素質材料と混合するステップと、ペレット化するステップとを含む、炭素質材料を結合する方法。
【００７８】
上記プロセスによって生成される生成物を油および水に添加するステップを含む、水中油型または油中水型エマルションを安定化するための方法。上記プロセスによって生成される生成物を油および水と混合するステップを含む、水中油型または油中水型エマルションを安定化するための方法。
【００７９】
上記プロセスによって生成される生成物を合板用単板複合体に添加するステップと、プレスするステップと、加熱するステップとを含む、より少ないフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を有する合板を作製するための方法。
【００８０】
上記プロセスによって生成される生成物を被酸化性材料に添加してエマルションを形成するステップと、噴霧乾燥してカプセル化生成物を形成するステップとを含む、被酸化性材料（例えば、油、香味剤および芳香剤）を安定化する方法。
【００８１】
本発明の他の実施形態は、本明細書の検討または本明細書に開示された発明の実施から、当業者には明白であると思われる。本明細書および実施例は単に例示としてみなされることが意図されており、本発明の真の範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【００８２】
【表１】
2015531004.tif 000003
2015531004.tif 000004
2015531004.tif 000005
【００８３】
【表２】
2015531004.tif 000006
【００８４】
【表３】
2015531004.tif 000007
【００８５】
【表４】
2015531004.tif 000008
【００８６】
【表５】
2015531004.tif 000009
【００８７】
【表６】
2015531004.tif 000010
【００８８】
【表７】
2015531004.tif 000011
【００８９】
【表８】
2015531004.tif 000012
2015531004.tif 000013
【００９０】
【表９】
2015531004.tif 000014
【００９１】
【表１０】
2015531004.tif 000015
【００９２】
【表１１】
2015531004.tif 000016
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2015531004.tif 000018
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2015531004.tif 000020
2015531004.tif 000021
【００９３】
【表１２】
2015531004.tif 000022
【００９４】
【表１３】
2015531004.tif 000023
2015531004.tif 000024
2015531004.tif 000025
【００９５】
【表１４】
2015531004.tif 000026
【００９６】
【表１５】
2015531004.tif 000027
【００９７】
【表１６】
2015531004.tif 000028
【００９８】
【表１７】
2015531004.tif 000029
【００９９】
【表１８】
2015531004.tif 000030
【０１００】
【表１９】
2015531004.tif 000031
【０１０１】
【表２０】
2015531004.tif 000032
【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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【国際調査報告】
2015531004.tif 000039
2015531004.tif 000040
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