(57)【要約】  バイオマス供給原料（例えば、植物バイオマス、動物バイオマスおよび都市廃棄物バイオマス）を処理して、燃料などの有用な生成物を生成する。例えば、バイオ処理済みバイオマス原料スラリーの液体から固形物を分離するのに有用であり得るシステムが記載される。例えば、複数の遠心分離機、例えば複数の直列遠心分離機を含む、ろ過システムが記載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の遠心分離機を用いて糖化バイオマスの第一のスラリーから固形物の第一の部分を除去し、第二のスラリーを生成することと、
第二の遠心分離機を用いて前記第二のスラリーから固形物の第二の部分を除去し、第三のスラリーを生成することと
を含む、ろ過方法。
【請求項２】
前記第一の遠心分離機を第一のＧ力で稼働させ、前記第二の遠心分離機を第二の異なるＧ力、より具体的にはより大きいＧ力で稼働させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一のＧ力が、約５００ｇ〜約３０００ｇ、約１０００〜約２０００ｇまたは約１５００〜約２０００ｇである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二のＧ力が、約２０００ｇ〜約５０００ｇ、約２０００ｇ〜約３０００ｇまたは約２５００〜約３５００ｇである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第一のスラリーが、約１重量％〜４０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約２重量％〜約１０重量％または約３重量％〜９重量％の固形物を含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第二のスラリーが、約１重量％〜約１０重量％、約２重量％〜約６重量％または約２重量％〜約４重量％の固形物を含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第二のスラリーが、前記第一のスラリーの半分未満、３分の１未満または４分の１未満の固形物を含有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第三のスラリーが、約３重量％未満、約２重量％未満または約０．１〜約１重量％の固形物を含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第三のスラリーが、前記第二のスラリーの約半分未満、約３分の１未満または約４分の１未満の固形物を含有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一のスラリーが、１００μｍ超、約５０μｍ超、約１０μｍ超または約５μｍ超の粒子径中央値を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第二のスラリーが、約１００μｍ未満、約５０μｍ未満、約１０μｍ未満または約５μｍ未満の粒子径中央値を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第三のスラリーが、約１０μｍ未満、約５μｍ未満または約１μｍ未満の粒子径中央値を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第一のスラリーの粒子径中央値が第二のスラリーの粒子径中央値よりも大きい、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第二のスラリーの粒子径中央値が前記第三のスラリーの粒子径中央値よりも大きい、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一の遠心分離機および／または前記第二の遠心分離機を用いる前に、タンパク質を変性または沈降させ、前記第一のスラリーおよび／または前記第二のスラリーから実質的に除去（例えば、ろ過除去）する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一の遠心分離機および／または前記第二の遠心分離機を用いる前に、タンパク質を除去せず、前記第一のスラリーおよび／または前記第二のスラリー中の溶解物質として溶液中に残しておく、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の遠心分離機および／または前記第二の遠心分離機を用いる前に、タンパク質を変性させ、前記第一のスラリーおよび／または前記第二のスラリー中の懸濁物として前記スラリー中に残しておく、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の遠心分離機を用いて前記第一の固形物を除去する前に、前記糖化バイオマスを発酵させる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記固形物の第一の部分を洗浄し、洗浄液を前記第一のスラリー、前記第二のスラリーおよび／または前記第三のスラリーに戻す、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記固形物の第二の部分を洗浄し、洗浄液を前記第一のスラリー、前記第二のスラリーおよび／または前記第三のスラリーに戻す、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
第三の遠心分離機を用いて、前記第三のスラリーから固形物の第三の部分を除去することをさらに含む、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
スラリーを処理する方法であって、
第一の遠心分離機および第二の遠心分離で糖化バイオマス原料を処理し、前記スラリーが、少なくとも１０ｇａｌ（約３８ｌ）／分、約１０〜約２００ｇａｌ（約３８〜約７６０ｌ）／分または約２５〜約１００ｇａｌ（約９５〜約３８０ｌ）／分の平均速度で処理されること
を含む、方法。
【請求項２３】
処理によって固形物が約３％未満、約２％未満または約０．１〜約１％のスラリーが生成される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一の遠心分離機を前記第二の遠心分離機よりも大きいＧ力で稼働させる、請求項２２または２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年７月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／０２６，７４２号および２０１４年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／０２７，４８９号の利益を主張するものであり、上記出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
現在、農業残渣、木材バイオマス、都市廃棄物、油糧種子／油粕および海藻のようないくつかの例を含め、多数の有望なリグノセルロース系供給原料が入手可能である。現時点では、このような原料は活用されないことが多く、例えば動物飼料やバイオコンポスト原料として使用されるか、熱電併給施設で燃やされるか、埋め立てられる。
【０００３】
リグノセルロース系バイオマスにはヘミセルロース基質に埋め込まれた結晶セルロース線維が含まれており、リグニンがこれを取り囲んでいる。これにより、酵素をはじめとする化学的、生化学的および／または生物学的プロセスの作用を受けにくい密集した基質が生じる。セルロース系バイオマス原料（例えば、リグニンが除去されたバイオマス原料）の方が酵素をはじめとする変換プロセスを受けやすいが、それでも、天然に存在するセルロース系原料を加水分解と接触させたときの収率は（理論的収率に比べて）低いことが多い。リグノセルロース系バイオマスはこれよりもさらに酵素の攻撃を受けにくい。さらに、各種のリグノセルロース系バイオマスにはそれ独自のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの組成がある。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書には全般的には、原料、例えばバイオマス原料のろ過が開示される。本明細書には、バイオマス原料、例えばセルロース系、リグノセルロース系および／またはデンプン系供給原料を低分子量糖に変換することによって糖化または液化する工程が開示される。例えば、セルラーゼおよび／またはアミラーゼの１つまたは複数などの酵素を用いて、供給原料を糖化する工程が開示される。本発明はほかにも、例えば発酵およびその他の処理（蒸留など）などのバイオ処理によって、供給原料を生成物に変換することに関する。この工程は、糖化前、糖化時または糖化後にろ過、例えば１つまたは複数の遠心分離機（例えば、デカンタ遠心分離機）および／または膜フィルター（例えば、振動型膜分離装置）など用いて固形物を除去することを含む。次いで、固形物を例えば、エネルギーのコジェネレーションに使用する、発酵添加物（例えば、栄養素）として使用する、または（例えば、化学的生成の）別の供給原料として使用することができる。
【０００５】
本発明は全般的には、バイオマスを糖化することと、第一のスラリーを生成することと、第一の遠心分離機を用いて第一のスラリーから固形物の第一の部分を除去することと、第二のスラリーを生成することとを含む、ろ過方法を特徴とする。次いで、第二の遠心分離機を用いて第二のスラリーから固形物の第二の部分を除去し、第三のスラリーを生成し得る。このほか、第三のスラリーから固形物の第三の部分を除去して第四のスラリーを生成し得る。任意選択で、第一の遠心分離機は第一のＧ力で稼働させ、第二の遠心分離機は第二のＧ力で稼働させる。いくつかの場合には、第二のＧ力は第一のＧ力よりも大きい。例えば、第一のＧ力は約５００ｇ〜約３０００ｇ（例えば、約１０００〜約２５００ｇまたは約１０００〜約２０００ｇ）であり得、第二のＧ力は約２０００ｇ〜約５０００ｇ（例えば、約２０００ｇ〜約３０００ｇ、約２５００ｇ〜約３５００ｇ）であり得る。任意選択で、第一のスラリーは、約１重量％〜４０重量％の固形物（例えば、約１重量％〜約３０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約２重量％〜約１０重量％の固形物または約３重量％〜９重量％の固形物）を含有する。任意選択で、第二のスラリーは、約１重量％〜約１０重量％の固形物（例えば、約２重量％〜約６重量％または約２重量％〜約４重量％の固形物）を含有する。いくつかの実施形態では、第二のスラリーは、第一のスラリーの半分未満（例えば、約３分の１未満または約４分の１未満）の固形物を含有する。任意選択で、第三のスラリーは約３重量％未満の固形物（例えば、約２重量％未満の固形物、約０．１〜約１重量％未満の固形物）を含有する。いくつかの実施形態では、第三のスラリーは、第二のスラリーの約半分未満（例えば、約３分の１未満または約４分の１未満）の固形物を含有する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、第一のスラリーの粒子径中央値は第二のスラリーの粒子径中央値よりも大きく、かつ／または第二のスラリーの粒子径中央値は第三のスラリーの粒子径中央値よりも大きい。別の実施形態では、（例えば、固形物のろ過後の凝塊形成により）第二のスラリーの粒子径中央値は第一のスラリーの粒子径中央値よりも大きく、かつ／または第三のスラリーの粒子径中央値は第二のスラリーの粒子径中央値よりも大きい。任意選択で、第一のスラリーは、平均粒子径が１００μｍ超（例えば、５０μｍ超、１０μｍ超、５μｍ超）の粒子分布を有する。任意選択で、第二のスラリーは、粒子径中央値が約１００μｍ未満（例えば、約５０μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満）の粒径分布を有する。任意選択で、第三のスラリーは、平均粒子径が約１０μｍ未満（例えば、約５μｍ未満、約１μｍ未満）の粒径分布を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第一および／または第二の遠心分離機を用いる前に、スラリー中のタンパク質を変性または沈降させ、実質的に除去する（例えば、ろ過除去する）。別の実施形態では、第一および／または第二の遠心分離機を用いる前に、スラリー中のタンパク質は除去せず、例えば溶解物質または懸濁物として、溶液中に残しておく。
【０００８】
任意選択で、糖化原料を発酵させた後に、第一の遠心分離機を用いて第一の固形物を除去する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第一の固形物を洗浄し、洗浄液を第一、第二および／または第三のスラリーに戻す。別の実施形態では、第二の固形物を洗浄し、洗浄液を第一、第二および／または第三のスラリーに戻す。
【００１０】
本発明はこのほか、第一および第二の遠心分離機で糖化バイオマス原料を処理する方法および設備に関し、ここでは、スラリーを少なくとも１０ｇａｌ（約３８ｌ）／分（例えば、約１０〜約２００ｇａｌ（約３８〜約７６０ｌ）／分、約２５〜約１００ｇａｌ（約９５〜約３８０ｌ）／分）の平均速度で処理する。例えば、この処理によって、約０〜約３重量％（例えば、約０〜２重量％、約０．１〜約１重量％）の固形物を含むスラリーが生成される。任意選択で、第二の遠心分離機を第一の遠心分離機よりも大きいＧ力で稼働させる。
【００１１】
別の態様では、本発明は、バイオマスの糖化による糖の生成とそれに続く発酵などの方法を特徴とする。これらの方法により、様々なオリゴマーが存在し固形物が多量に含まれることによって粘稠性のある液体が生成され得る。原料、例えば、スラリーそのものに含まれる糖、発酵生成物または固形物をさらに処理するには、多くの場合、固形物から液体を分離するのが有利である。例えば、処理が蒸留段階を含む場合、本明細書の方法は、液体を蒸留する前に固形物を減らすか除去してリボイラーの汚損／汚染を回避するのが有用であり得る。例えば膜または圧ろ器を用いる方法は、（例えば、水による）希釈を必要とし得るが、これらの方法では、添加した希釈剤の除去による下流コストが発生する可能性があり、分離面の汚染による影響を受け得る。ディスク遠心分離機などの他の方法は、大容量に規模を拡大するのが容易ではない。本明細書に記載される方法には、高負荷で粘稠性の供給物流を詰まらせることなく、かつ／または大幅に希釈せずに連続式または準連続式ろ過が可能なものがある。したがって、これらの方法によって高い処理能力の実現が可能になる。これらの方法は、より効率的なものであり得、エネルギー使用量がより低いものであり得る。さらに、これらのシステムは、ろ過補助剤などの外部の夾雑物を導入しない閉じた系である。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の「詳細な説明」および「特許請求の範囲」から明らかになるであろう。
【００１３】
上記の内容は、本発明の実施形態の例を添付図面に図示し、さらに具体的に説明することにより明らかになるであろう。図面は拡大を必要とするものではなく、本発明の実施形態を図示することに重点を置いたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】糖溶液およびそれに由来する生成物を製造する工程を示す流れ図である。
【図２】スラリーをろ過する直列遠心分離の１つの実施形態を示す流れ図である。
【図３】デカンタ遠心分離機の横断面図およびそのスラリーでの稼働を模式的に示す図である。
【図４】用いる設備の１つの実施形態および原料の流れを模式的に示す図である。
【図５Ａ】スラリーのクロスフローろ過を示す図である。
【図５Ｂ】振動型膜分離装置を示す図である。
【図６】ＶＳＥＰろ過システムの１つの実施形態を模式的に示す図である。
【図７】発酵させた原料の粒径分布のプロットである。
【図８】発酵させ遠心分離した原料の粒径分布のプロットである。
【図９】発酵させ、遠心分離し、加熱し、次いで遠心分離した原料の粒径分布のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（詳細な説明）
本明細書に記載される設備、方法およびシステムを用いれば、例えばバイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、紙および都市廃棄物バイオマス）から供給され得るセルロース系およびリグノセルロース系供給原料物質を有用な生成物および中間体、糖類をはじめとする生成物（例えば、発酵生成物）に変化させることができる。遠心分離機および／または振動型高応力膜フィルター（例えば、振動型膜分離装置、ＶＳＥＰ）を順次用いてスラリーをろ過し、残留バイオマスおよび／または処理残渣を含む懸濁固形物を除去する設備、方法およびシステムが含まれる。
【００１６】
図１に関して、糖溶液およびそれに由来する生成物を製造する工程は、例えば、任意選択でセルロース系および／またはリグノセルロース系供給原料を機械的に処理することを含む（１１０）。この処理の前および／または後、別の物理的処理、例えば照射により供給原料を処理して、その抵抗性を減少またはさらに減少させ得る（１１２）。供給原料の糖化、例えば１つまたは複数の酵素の添加（１１１）によって糖溶液が形成される（１１４）。糖溶液から、例えばアルコールに発酵させることにより、生成物を得ることができる（１１６）。さらなる処理（１２４）は、例えばろ過および蒸留によって、溶液を精製することを含み得る。必要に応じて、例えば２０１３年４月９日に発行された米国特許第８，４１５，１２２号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、工程の様々な段階で、リグニン含有量を測定し（１１８）、この測定に基づいて工程パラメータを設定または調整する（１２０））段階を実施し得る。
【００１７】
ろ過段階は、遠心分離および／または膜ろ過（例えば、ＶＳＥＰ）、例えば、それぞれを任意選択で異なる条件下で稼働させる２回以上の遠心分離、１つの遠心分離段階、次いで１つまたは２つのＶＳＥＰ段階によって実施され得る。例えば、図２は、スラリー中の固形物を減少させるのに有用な２つのろ過段階の工程を示している。第一のスラリー２１０は第一の遠心分離段階２２０によってろ過され、第一の固形物２３０および第二のスラリー２４０が生成され得る。次いで、第二のスラリーは第二の遠心分離段階２５０によってろ過され、第二の固形物２６０および第三のスラリー２７０が生成され得る。任意選択で、第一および／または第二の段階はＶＳＥＰなどの膜フィルターを用いて実施され得る。
【００１８】
第一のスラリーは懸濁物、例えば流体中にバイオマス粒子が懸濁したもの（例えば、水溶液）であり得る。粒子は、少なくとも一部は、機械的処理、例えば本明細書に記載される機械的処理、例えば原料を細切、粉砕、剪断および／または破砕する処理によって生じるものである。
【００１９】
スラリーのこのような粒子は様々な特性を有し得る。例えば、粒子は様々な形態、例えば、球形、楕円形、繊維、フレーク、平坦で滑らかな粒子、粗面粒子、かどのある粒子、円錐状粒子、微小繊維、細胞状（例えば、任意の形態および大きさの細胞）、集塊（例えば、大きさおよび／または形状などの異なる粒子の塊）または凝集物（例えば、大きさおよび／または形状などがほぼ同じ粒子の塊）を有し得る。粒子はほかにも、密度が極めて多岐にわたるものであり得、様々な密度、例えば約０．０１ｇ／ｃｃ〜５ｇ／ｃｃ超（例えば、約０．１〜約２ｇ／ｃｃ、約０．２〜約１ｇ／ｃｃ）の密度を有する。粒子は、例えば約５％〜約９０％（例えば、約５％〜約５０％、約１０％〜約４０％）の範囲の異なるまたはほぼ同じ多孔度を有し得る。
【００２０】
バイオマスは複雑な供給原料であるため、少なくともそれに部分的に由来する固形物および流体の組成は極めて多様なものであり得る。例えば、リグノセルロース系原料には、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンが様々に組み合わさって含まれている。セルロースはグルコースの直鎖状ポリマーである。ヘミセルロースは、キシラン、グルクロノキシラン、アラビノキシランおよびキシログルカンなどのいくつかのヘテロポリマーのいずれかである。ヘミセルロース中に存在する主要な糖モノマー（例えば、最も高濃度で存在するもの）はキシロースであるが、ほかにもマンノース、ガラクトース、ラムノース、アラビノースおよびグルコースなどのモノマーが存在する。リグニンはいずれも様々な組成を示すが、フェニルプロペン単位からなる無定形の樹状ネットワークポリマーであると記載されている。特定のバイオマス原料中のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの量は、そのバイオマス原料の入手源に左右される。例えば、木材由来のバイオマスは、その種類に応じて、セルロースが約３８〜４９％、ヘミセルロースが約７〜２６％、リグニンが約２３〜３４％となり得る。草木は通常、セルロースが３３〜３８％、ヘミセルロースが２４〜３２％、リグニンが１７〜２２％である。リグノセルロース系バイオマスが大きな基質のクラスを構成しているのは明らかである。
【００２１】
上記バイオマスの例えば照射による処理は、処理レベルに応じて両鎖切断および架橋によってポリマー成分の分子量を変化させ得る。一般に、約１０Ｍｒａｄを超える処理によってセルロース系原料の分子量を減少させるほか、抵抗性を減少さる、例えば原料を糖化しやすくすることができる。ほかにも、照射がバイオマス中のリグニン成分の分子量を減少または増大させる可能性がある。
【００２２】
図２に関して、バイオ処理は糖化を含み得る。糖化は、バイオマスを水に懸濁させることと、加熱（例えば、約８０〜約２００℃、約１００〜約１９０℃、約１２０〜約１６０℃）および／または酸（例えば、硫酸などの鉱酸）による処理とを含み得る。ほかにも、酸または塩基のいずれかによるｐＨの調整をさらに用いて、液体のイオン強度を増大させることができる。任意選択で、または上記のものに加えて、糖化を酵素処理によって実施することができる。例えば、バイオマス、例えば上記のバイオマスのセルロース、ヘミセルロースおよび／またはリグニン部分などを分解する酵素およびバイオマス破壊微生物は、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼ、キシラナーゼ、ヘミセルラーゼまたは様々な小分子バイオマス破壊代謝産物を含んでいるか、これを産生する。セルロース系基質は最初、ランダムな位置でエンドグルカナーゼによって加水分解されてオリゴマー中間体を生じる。次いで、この中間体が外部から加えたセロビオヒドロラーゼなどのグルカナーゼの基質となって、セルロースポリマーの末端からセロビオースが生じる。セロビオースは、グルコースが１，４結合した水溶性の二量体である。最後に、セロビアーゼがセロビオースを切断してグルコースが生じる。ヘミセルロースの場合、キシラナーゼ（例えば、ヘミセルラーゼ）がこの生体高分子に作用し、考え得る生成物の１つとしてキシロースを放出する。したがって、糖化後、溶液はグルコースおよびキシロースの濃度が高くなると同時にセルロースおよびヘミセルロースが減少する。例えば、糖化バイオマスのスラリーが、液体に溶けた単糖類（例えば、グルコースおよびキシロース）を少なくとも２つ含む場合、その単糖類の濃縮物は、抵抗性が減少したセルロース系またはリグノセルロース系原料中に利用可能な総炭水化物を少なくとも５０重量％、例えば、６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％または場合によっては実質的に１００重量％含み得る。任意選択で、グルコース濃縮物は、糖化原料中に存在する単糖類を少なくとも１０重量％、例えば、少なくとも２０重量％、３０重量％、４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％または場合によっては１００重量％含み得る。スラリー中の残りの原料は、溶解しているかどうかを問わずリグニンおよびリグニン誘導体のほか、溶解しているかどうかを問わず多糖類を含み得る。例えば、糖化原料中の利用可能な炭水化物の総量が糖化バイオマスのスラリー中４０重量％である場合、この原料の少なくとも５０％は単糖類であり得（例えば、これは糖化バイオマスのスラリー中、２０重量％の単糖類に相当する）、この単糖類のうち少なくとも１０重量％（例えば、少なくとも２重量％）がグルコースであり得る。
【００２３】
バイオ処理はこのほか、発酵、糖化後の発酵を含み得る。例えば、バイオ処理は、微生物、例えばアルコールおよび酸（例えば、エタノール、ブタノール、酢酸および／または酪酸）を産生する酵母または細菌などの添加による糖の発酵を含み得る。発酵は、選択的発酵、例えばグルコースのみもしくはキシロースのみの発酵または２つ以上の糖を同時もしくは逐次的に発酵する非選択的発酵であり得る。発酵によってさらに、例えば発酵微生物の細胞残屑および発酵副生成物が加わることにより、スラリーの組成が変化し得る。
【００２４】
したがって、バイオマスの糖化および発酵によって得られるバイオマススラリーは、様々な原料、例えば懸濁または溶解した化合物および／または原料を含み得る。例えば、溶液は、糖、酵素（例えば、酵素の一部、活性酵素、変性酵素）、アミノ酸、栄養素、生細胞、死細胞、細胞残屑（例えば、溶解した細胞、酵母抽出物）、酸、塩基、塩（例えば、ハロゲン化物、硫酸塩およびリン酸塩、アルカリ塩、アルカリ土類金属塩、遷移金属塩）、部分加水分解産物（例えば、セルロースおよびヘミセルロースの断片）、リグニン、リグニン残渣、無機固形物（例えば、ケイ酸含有物質、粘土、カーボンブラック、金属）、糖化および／または発酵済みバイオマスの残遺物ならびにその組合せを含み得る。さらに、糖／発酵済み溶液は、芳香族発色団などの着色不純物（例えば、着色物）によって着色し得る。例えば、一部の金属イオン、ポリフェノールおよびリグノセルロース系バイオマスを処理したときに生成または放出されるリグニン由来産物は、着色が濃いものであり得る。ろ過方法は一般に、これらの着色物を除去するものではないが、脱色剤によるろ過などの他の方法を実施して着色物を除去するのを可能にするのに用いられ得る。
【００２５】
第一のスラリー２１０は、約１重量％〜約５０重量％の総懸濁固形物（ＴＳＳ）（例えば、約１重量％〜約４０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約２重量％〜約１０重量％の固形物、約３重量％〜９重量％の固形物）を含有し得る。第一のフィルター段階２２０によって、ＴＳＳが約１０重量％〜約９０重量％（例えば、約２０重量％〜約８０重量％、約３０重量％〜約７０重量％または約４０重量％〜約６０重量％）減少し得る。第一のスラリーよりも少ないＴＳＳ、例えば約１重量％〜約１０重量％の固形物（例えば、約２重量％〜約６重量％、約２重量％〜約４重量％の固形物）を含有する第二のスラリー２４０は２回目にろ過される。第二のフィルター段階２５０によって、ＴＳＳがさらに、例えば約１０重量％〜約１００重量％（例えば、約１０重量％〜約９０重量％、約２０重量％〜約８０重量％、約３０重量％〜約７０重量％または約４０重量％〜約６０重量％）減少する。第一の固形物２３０および第二の固形物２６０は、さらなる工程、例えば、任意選択でバイオマス細粒（例えば、トウモロコシ穂軸処理で生じた蜂の羽）の添加を含み得る乾燥段階を含む、コジェネレーションに使用され得る。
【００２６】
固形物の量を減少させることに加え、各ろ過段階で様々な画分の粒子サイズを除去し得る。例えば、濁度段階によって、粗い粒子、例えば１００μｍ超（例えば、約５０μｍ超、約４０μｍ超、約３０μｍ超、約２０μｍ）の粒子の大部分を除去することができる。したがって、第一の遠心分離段階後の粒子径中央値は、約１００μｍ未満（約５０μｍ未満、約１０μｍ未満または場合によっては約５μｍ未満）であり得る。第二の遠心分離機によって、さらに小さい粒子、例えば１００μｍ〜１μｍの粒子を除去することができる。したがって、第二の遠心分離機を用いた後の粒子径中央値は、約５０μｍ〜１μｍ（例えば、１０〜１μｍ、約５μｍ〜１μｍ）であり得る。各遠心分離段階と遠心分離段階との間に粒子径を増大させ、粒径分布を修正し、かつ／または固形物を増大させるいくつかの工程が含まれ得ることが理解される。例えば、この工程はタンパク質の変性および／または沈降剤の添加を含み得る。
【００２７】
本明細書に開示される方法に使用する遠心分離機は、例えばデカンタ遠心分離機であり得る。デカンタ遠心分離機は、例えばＵＳ  Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ社（インディアナポリス、インディアナ州）、Ｓｈａｒｐｌｅｓ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｓａｌｅｓ社（ニューヨーク、ニューヨーク州）およびＡｌｐｈａｌａｖａｌ社（リッチモンド、バージニア州）が供給するものであり得る。このほか、遠心分離機を改変し適合させてもよい。デカンタ遠心分離機の横断面図を図３に示す。デカンタ遠心分離機は、連続工程で１つまたは２つの液相から固形物を分離するものである。これは、重力（ｇ）よりもはるかに大きいものであり得る遠心力を用いて実施される。遠心力は、点線Ａおよび曲がった矢印（例えば、任意選択の回転方向を示している）で示される中央の線（例えば、軸）に沿って回転することによって発生する。注入口３１０から糖化バイオマス原料などのスラリーが遠心分離機内部に供給される。スラリーの流れる方向が破線矢印で示されている。スラリーは注入口３４０から内部ボウル３１２に入り、そこで遠心力をかけられる。この遠心力によって、密度の高い固形物粒子３１４には回転ボウル壁に向かって外側に圧力がかかり、密度の低い液相は同心状の内側の層を形成する。必要であれば、またスラリーの組成に応じて、ダムプレート３１６を用いて、ポンド３１８としても知られる液体の深さを変化させる。固形物粒子によって形成された沈降物は、フィルター３２２を有するスクリューコンベア３２０によって継続的に除去される。スクリューコンベアは、遠心分離機の回転軸に沿って対称的に装備されている。スクリューコンベアはボウルとは異なる速度で回転する。その結果、固形物がポンドから実線矢印によって示される方向に徐々に押し出され、円錐ビーチ部分３２４を上昇する。遠心力によって固形物３２６が圧縮され、余分な液体が排出される。次いで、圧縮された固形物（例えば、乾燥または脱水固形物）が出口３２８を通ってボウルから放出される。清澄化された液体の流れが白矢印によって示されている。清澄化された液相は、ボウルの反対端に位置するダムプレート３１６から溢れ出る。遠心分離機の筐体内にあるバッフルが、分離された相を正しい流路に向かわせ、相互汚染の危険性を防いでいる。固形物（例えば、脱水または乾燥固形物）は出口３３０を通ってデカンタ遠心分離機の一端に収集され、清澄化された液体は別の出口３３２を通って収集される。
【００２８】
図４は、用い得る方法の１つの実施形態および原料の流れを模式的に示している。スラリー供給システム４１０がスラリーの流れを制御して第一の遠心分離機４２０に投入する。第一の遠心分離機は、約３０００ｇ未満（例えば、約５００ｇ〜約３０００ｇ、約１０００〜約２５００ｇ、約１０００ｇ〜約２０００ｇ）で稼働させ得る。最適な稼働下では、遠心分離機を一定速度で稼働させる。第一の遠心分離機には少なくとも、固形物用の排出口と、第一のサージタンク４３０と流体接続された液体用の排出口の２つの排出口がある。固形物は、固形物排出口を通って遠心分離機から例えば、ホッパーまたはスクリューコンベアもしくはベルトコンベアなどの運搬システムに送られ得る。第一のサージタンク４３０は、最適化された処理を可能にする制御システムを有する。例えば、サージタンクは、スラリー供給システム４１０および第一のポンプ４４０のほかにも第二のポンプ４６０および第二のサージタンク４５０などの上流設備と例えば、機械的、流体的および／または電子的に繋がったレベルモニターを有し得る。これらの制御システムによって、第一の遠心分離機への流入および第一の遠心分離機からの流出のバランスが保たれ、サージタンク４３０内の流体レベルがほぼ一定に維持され得る。第一のポンプ４４０は第一のサージタンクから流体を吸い出し、それを第二の遠心分離機４５２に供給する。第二の遠心分離機４５２は、第一の遠心分離機よりも大きいｇ力で稼働するよう設計されており、例えば、それは高速デカンタ遠心分離機である。例えば、第二の遠心分離機は、少なくとも約２０００ｇ超（例えば、約２０００〜約５０００ｇ、約２０００〜約３０００ｇ）で稼働するよう設計されている。第二の遠心分離機は、第一のサージタンクと同様の制御要素を備え、例えば高速デカンタ遠心分離機内への原料の流入を制御する、第二のサージタンク４５０と流体接続されている。第二の遠心分離機はほかにも、固形物の排出口を備えている。第一の遠心分離機と同様の方法で、固形物がホッパー内に収集され、かつ／またはさらなる処理へ運搬され得る。例えば、２つの遠心分離機で得られた固形物を合わせて、任意選択で乾燥させるか乾燥剤と組み合わせて、水分の質量パーセントを減少させ得る。
【００２９】
いくつかの好ましい実施形態では、ろ過を約１ｇａｌ（約３．８ｌ）／分〜２００ｇａｌ（約７６０ｌ）／分（例えば、約１０〜１５０ｇａｌ（約３８〜約５７０ｌ）／分、約２５〜１００ｇａｌ（約９５〜約３８０ｌ）／分、約２５〜約７５ｇａｌ（約９５〜約２８０ｌ）／分）で連続的に実施する。いくつかの実施形態では、２つ以上の遠心分離機を並行して用いて総生産量を増大させる。例えば、遠心分離機を例えば、４、８、１０、１２、２０または場合によってはそれ以上の遠心分離機を用いるアレイ形態で５００ｇａｌ（約１９００ｌ）／分超、１０００ｇａｌ（約３８００ｌ）／分超、場合によっては５０００ｇａｌ（約１９０００ｌ）／分超に設計すれば、遠心分離機のアレイでその分の原料を処理することができる。並行して用いる遠心分離機のアレイを第一および／または第二の遠心分離段階に置き換え得るが、第一または第二の遠心分離段階で並行して用いる遠心分離機の数は、原料のフロースルーの必要量に左右される。
【００３０】
いくつかの任意選択の実施形態では、第一の遠心分離機および第二の遠心分離機の一方または両方が、スラリーから分離された固形物を洗浄するシステムを備えたものであり得る。例えば、遠心分離機は、固形物を遠心分離機の例えば、円錐ビーチ部分中に噴霧する噴霧棒または出口を備えたものであり得る。この噴霧によって生じた液体は液体出口に移動する。この洗浄は、固形物からほかの生成物を抽出するのに役立ちうる。
【００３１】
上記のものに加えて、またはこれに代えて、膜ろ過を用いてスラリー中のＴＳＳを減少させ得る。特にＶＳＥＰを用い得る。図５Ａに図示されるように、従来のクロスフロー膜５００は、システムの膜が汚損し得ることから、それほど有用なものではない。スラリー中に懸濁または溶解しているスラリー粒子５１２をはじめとする処理物質（例えば、リグニンおよびリグニン分解生成物５１４、ポリマー５１６）を運ぶ高速流５１０によって、膜５２０表面に急速に汚損境界／ゲル層５１８が生じ得る。汚損によって、孔が塞がり５２２、糖化工程で生成された糖５２４をはじめとする小分子（例えば、糖からアルコールおよびカルボン酸などが生成する）などのろ過が妨げられる。固形物の蓄積に対処できないため、固形物の少ない供給物流に限られるのが一般的であった。図５Ｂに図示されるように、ＶＳＥＰシステム５０１では、膜の振動５２１によって生じる追加の剪断によって、境界層５１９の固形物および汚損の原因となる物質が膜表面から持ち上がって離れ、積み重なった膜を通って流れるバルク原料と再び混合される。この高剪断処理によって、膜孔５２３の最大処理量が通常、従来のクロスフローシステムをはるかに上回る処理量（例えば、３〜１０倍の処理量）となる。さらに、ＶＳＥＰでは、剪断および分離作用に高流量／高圧の流体を必要としないため、スラリーの流れは緩やかなクロスフロー５１１となる。
【００３２】
図６は、用い得る膜ろ過ユニットシステム（ＶＳＥＰ）を示している。この実施形態では、第一の遠心分離の後にこのユニットを用いて、例えば約１〜約１０％の固形物を含有するスラリーを処理する。供給物タンク６１０を（例えば、約１％〜約１０％の固形物を含有する）供給物スラリー６０５で満たす。供給物タンクは、例えば、流量制御バルブ６１４を備え注入口６１６を介してタンクと流体接続されたチューブまたはパイプ６１２を通して遠心分離機工程材料で満たし得る。タンクが所望のレベル（例えば、少なくとも内容積の９０％、少なくとも内容積の５０％）まで満たされたとき、制御バルブによってスラリー６１０の流入を遮断するか減少させ得る。次いで、第一のポンプ６１８がまだ起動していなければ起動させ得る。ポンプは、第一の供給物タンクから流体を送り出して第一の膜ろ過ユニット６２０を通し、注入口６１７を通して供給物タンクに戻す。ポンプ６１８がもたらす圧力（例えば、入口圧）によって、膜フィルターユニット内の膜を液体が通過する。振動する膜によって、固形物をはじめとする懸濁および溶解した物質が膜を汚損することはない。通過物６４０はチューブ６６２の中を流れ、貯蔵タンクに収集されるか、直接別の工程に送られ得る。ポンプは出口６１９を介して供給物タンクと流体接続されており、チューブ６６４を介して膜フィルターユニット６２０の注入口６２２と流体接続されている。図６にＶＳＥＰが単に模式的に示されており、図中、対角線３２８は、濃縮物側と通過物側とを隔てる膜フィルターを表す。膜は、特定の粒子径カットオフ、例えば１μｍのもの６２８が選択され得る。
【００３３】
ＶＳＥＰは、バイオマスの処理（例えば、糖化）によって生じた極めて高レベルの固形物、本明細書に記載されるレベルの固形物を処理することが可能である。ＶＳＥＰでは膜を用いるため、この方法を精密ろ過、限外ろ過、ナノろ過のほか、逆浸透にも用いることができる。さらに多量の、かつ／またはサイズの大きい粒子が存在する場合、これよりも孔の大きい膜、例えば精密ろ過膜などを用い得る。あらゆる粒子を除去するには、これよりも小さい膜を用い得る（例えば、限外ろ過およびナノろ過）。
【００３４】
ＶＳＥＰシステムはフットプリントが小さく、比較的少量の原料を個別に処理することが可能である。しかし、複数のシステムを並行して設置し、必要とされる量の原料を処理することが可能である。例えば、精密ろ過膜を用いる際に、ＶＳＥＰシステムの処理量は約５０〜２００ｇｐｍ（約１９０〜約７６０ｌ／分）であり得るが、さらに処理量を増やすため、２、３、４、５、６、１０または場合によってはそれ以上の単位を組み合わせ得る。任意選択で、ろ過工程の前またはろ過工程中にスラリーを処理してもよい。例えば、加熱によってタンパク質を変性させ、それを固形物とともに除去し得る。このほか、凝集剤を添加して溶液から原料を沈降させてもよい。このような処理は、ろ過段階とろ過段階の間にも実施することが可能であり、例えば、第一の遠心分離段階の後に変性／凝集段階を実施することが可能である。
【００３５】
いくつかの場合には、２つ以上の遠心分離機を連続して用いる。例えば、３つ、４つまたは場合によってはそれ以上の遠心分離機を用いる。このような場合には、原料が処理されるにつれて加わるＧ力が増大し、除去される原料が増加し、かつ／または除去される粒子の大きさが小さくなるように、各遠心分離機を異なるＧ力で用い得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、遠心分離した原料を限外ろ過、電気透析および／または擬似移動床式クロマトグラフィーなどのさらなる処理に供する。
【００３７】
実験
糖化
糖化には、ＡＳＭＥ鉢形ヘッド（頂部および底部）を備えた直径３２インチ（約８１ｃｍ）、高さ６４インチ（約１６０ｃｍ）の円柱型タンクを用いた。タンクはほかにも、幅１６インチ（約４１ｃｍ）の水中翼攪拌ブレードを備えていた。タンクを取り囲むハーフパイプジャケットの中に熱水を流すことによって加熱した。
【００３８】
タンクに水２００ｋｇ、バイオマス８０ｋｇおよびＤＵＥＴ（商標）セルラーゼ酵素１８ｋｇを入れた。バイオマスは、ハンマーミルで粉砕し４０〜１０メッシュの大きさの篩にかけたトウモロコシ穂軸とした。バイオマスはほかにも、総線量３５Ｍｒａｄになるまで電子ビームを照射しておいた。Ｃａ（ＯＨ）２を用いて混合物のｐＨを４．８に調整し、糖化全体を通じてこれを維持した。この混合物を５３℃に加熱し、１８０ｒｐｍ（４６０Ｖで１．８Ａ）で約２４時間攪拌した後、糖化が終了したものと見なした。
【００３９】
この原料の一部を２０メッシュの篩にかけ、溶液を８ｇａｌ（約３０ｌ）のカルボイに入れて４℃で保管した。
【００４０】
バイオマスによるエタノールおよびキシロースストリームの生成
糖化した原料約４００ｍＬを１ＬのＮｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  ＢｉｏＦｌｏｗ  １１５バイオリアクターの中に傾瀉した。原料に通気し３０℃に加熱した後、摂取した。攪拌を５０ｒｐｍに設定した。ｐＨの測定値は５．２であり、この値は発酵に許容されるため、調整しなかった。通気を止め、バイオリアクターの内容物にＴＨＥＲＭＯＳＡＣＣ（登録商標）乾燥酵母（Ｌａｌｌｅｍａｎｄ社）を５ｍｇ接種した。約２４時間発酵させた。
【００４１】
発酵後、グルコース濃度は検出下限値未満、エタノール濃度は約２５ｇ／Ｌ、キシロース濃度は３０ｇ／Ｌであった。
【００４２】
遠心分離実験
規模を拡大したこと（３００ｇａｌ（約１１００ｌ））以外は上記のものと同様にトウモロコシ穂軸を糖化し発酵させた。さらに、（酵素による加水分解の前に）１００〜１６０℃で加熱することによりトウモロコシ穂軸を前処理した。下の表１の固形物のパーセントおよび粒子径のデータは３つの工程ストリーム試料、すなわち、Ａ．発酵後、Ｂ．デカンタ遠心分離機を用いた後およびＣ．デカンタ遠心分離した原料を取り出して約９０℃に加熱し、ディスク遠心分離機を用いて原料をさらに処理した後の試料から得られたものである。遠心分離機からの工程流試料は、遠心分離機からの清澄化された液体であった。第二の高速デカンタ遠心分離機によって、ディスク遠心分離機とほぼ同じ粒径分布が得られ、総懸濁固形物（ＴＳＳ）が減少すると予想される。
【００４３】
デカンタ遠心分離機（ＵＳ  ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ社）を２０００ｇの遠心力で稼働させ、２〜１００ｇａｌ（約７．６〜３８０ｌ）／分で原料を処理した。
【００４４】
ディスク遠心分離機は、５６７７２３−０６／−０８ボウルを備えたＣｌａｒａ  ８０  Ｌｏｗ  Ｆｌｏｗ遠心分離機（Ａｌｆａｌａｖａｌ社）とした。遠心分離機は約７０００〜８０００ｒｐｍで稼働させ、約０．５〜１ｇａｌ（約１．９〜３．８ｌ）／分で処理した。
【００４５】
以下の通りに各試料を調製した。試料５０．０ｍＬの風袋を測定した後、Ｃｏｒｎｉｎｇフィルター（パート４３１１１７）を用いてろ過し、ろ塊を得た。ろ塊を脱イオン水で３回乾燥させ、次いで、真空オーブン（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｉｓｏｔｅｍｐ  Ｍｏｄｅｌ  ２８１Ａ）中、７０℃、２９インチＨｇ（約７４０ｍｍＨｇ）の真空下で一晩（約１８時間）乾燥させた。乾燥後、乾燥ろ塊の重量を測定した。総懸濁固形物（ＴＳＳ）を重量および体積によって計算し、表１に記載した。
【００４６】
ＴＳＳに加え、Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｃｅ  Ｅ２５を用いた粒子径分析に試料を供した。粒子径中央値を表１に記載する。粒径分布を試料Ａについては図７、試料Ｂについては図８、試料Ｃについては図９にプロットする。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表からわかるように、デカンタ遠心分離機を用いて遠心分離を１回実施することにより固形物レベルが約５０％減少した。第二の遠心分離段階により、固形物レベルを例えば約３％から約０．２％まで、さらに減少させることができる。
【００４９】
照射処理
リグノセルロース系またはセルロース系原料などの供給原料を照射により処理してその構造を変化させ、その抵抗性を減少させ得る。このような処理によって、例えば、供給原料の平均分子量が小さくなり、供給原料の結晶構造が変化し、かつ／または供給原料の表面積および／または多孔度が増大し得る。照射は、例えば、電子ビーム、イオンビーム、１００ｎｍ〜２８ｎｍの紫外（ＵＶ）光、ガンマ線またはＸ線の照射によるものであり得る。照射処理および処理システムについては、米国特許第８，１４２，６２０号および米国特許仮出願第１２／４１７，７３１号（その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）で論じられている。
【００５０】
各形態の照射は、照射のエネルギーによって決まる特定の相互作用を介してバイオマスをイオン化するものである。重荷電粒子はクーロン散乱を介して物質をイオン化し、さらにこの相互作用によって、物質をさらにイオン化し得るエネルギー電子が生じる。アルファ粒子はヘリウム原子の核と同じものであり、ビスマス、ポロニウム、アスタチン、ラドン、フランシウム、ラジウム、数種類のアクチニド、例えばアクチニウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、キュリウム、カリホルニウム、アメリシウムおよびプルトニウムなどの同位体のような様々な放射性核種のアルファ崩壊によって生じる。電子は、クーロン散乱および電子の速度の変化によって制動放射を介して相互作用する。
【００５１】
粒子を用いる場合、それは中性（非荷電）、正荷電、負荷電のいずれであってもよい。荷電粒子である場合、その粒子は単一の正電荷もしくは負電荷を帯びていても、複数の電荷、例えば１つ、２つ、３つまたは４つ以上の電荷を帯びていてもよい。炭水化物を含有する原料の分子構造を変化させるために鎖の切断が望まれる場合、一部には酸性の性質であるという理由から、正荷電粒子が望ましい場合がある。粒子を用いる場合、粒子は静止電子以上の質量、例えば、静止電子の５００倍、１０００倍、１５００倍または２０００倍以上の質量を有し得る。例えば、粒子は約１原子単位〜約１５０原子単位、例えば、約１原子単位〜約５０原子単位または約１〜約２５、例えば１、２、３、４、５、１０、１２または１５原子単位の質量を有し得る。
【００５２】
ガンマ線には、試料中の様々な物質への透過深度がきわめて大きいという利点がある。
【００５３】
電磁放射線を用いて照射を実施する実施形態では、電磁放射線は、例えば、１光子当たりのエネルギー（電子ボルトで表される）が１０２ｅＶ超、例えば、１０３ｅＶ超、１０４ｅＶ超、１０５ｅＶ超、１０６ｅＶ超または場合によっては１０７ｅＶ超であり得る。いくつかの実施形態では、電磁放射線は、１光子当たりのエネルギーが１０４〜１０７ｅＶ、例えば１０５〜１０６ｅＶである。電磁放射線は、周波数が例えば、１０１６Ｈｚ超、１０１７Ｈｚ超、１０１８Ｈｚ超、１０１９Ｈｚ超、１０２０Ｈｚ超または場合によっては１０２１Ｈｚ超であり得る。いくつかの実施形態では、電磁放射線は、周波数が１０１８〜１０２２Ｈｚ、例えば１０１９〜１０２１Ｈｚである。
【００５４】
公称エネルギーが１０ＭｅＶ未満、例えば、７ＭｅＶ未満、５ＭｅＶ未満または２ＭｅＶ未満、例えば、約０．５〜１．５ＭｅＶ、約０．８〜１．８ＭｅＶまたは約０．７〜１ＭｅＶの電子ビーム装置を用いて、電子衝撃を実施し得る。いくつかの実施形態では、公称エネルギーは約５００〜８００ｋｅＶである。
【００５５】
電子ビームは総ビーム出力（全加速ヘッドのビーム出力の合計、あるいは複数の加速器を用いる場合は全加速器と全ヘッドの合計）が比較的高いもの、例えば、少なくとも２５ｋＷ、例えば、少なくとも３０、４０、５０、６０、６５、７０、８０、１００、１２５または１５０ｋＷのものであり得る。いくつかの場合には、出力が５００ｋＷ、７５０ｋＷまたは場合によっては１０００ｋＷかそれ以上の高さであり得る。いくつかの場合には、電子ビームのビーム出力は１２００ｋＷまたはそれ以上、例えば、１４００ｋＷ、１６００ｋＷ、１８００ｋＷまたは場合によっては３００ｋＷである。
【００５６】
この高い総ビーム出力は通常、複数の加速ヘッドを用いることにより達成される。例えば、電子ビームは加速ヘッドを２つ、４つまたはそれ以上備えたものであり得る。各ヘッドのビーム出力が比較的低い複数のヘッドを使用することにより、原料の過剰な温度上昇が抑えられ原料の燃焼が防止されるほか、原料の層の厚さ全体にわたる照射量の均一性も増大する。
【００５７】
一般に、バイオマス原料の層は厚さが比較的均一であるのが好ましい。いくつかの実施形態では、厚さは約１インチ（約２．５ｃｍ）未満（例えば、約０．７５インチ（約１．９ｃｍ）未満、約０．５インチ（約１．３ｃｍ）未満、約０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）未満、約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）未満、約０．１〜１インチ（約０．２５〜約２．５ｃｍ）、約０．２〜０．３インチ（約０．５１〜約０．７６ｃｍ））である。
【００５８】
原料はできる限り迅速に処理するのが望ましい。一般に、毎秒約０．２５Ｍｒａｄ超、例えば、毎秒約０．５、０．７５、１、１．５、２、５、７、１０、１２、１５Ｍｒａｄまたは毎秒約２０Ｍｒａｄ超、例えば、毎秒約０．２５〜２Ｍｒａｄの線量率で処理を実施するのが好ましい。一般に線量率を高くすると、原料の熱分解を避けるため、線速度を速くする必要がある。一実施形態では、厚さ約２０ｍｍの試料（例えば、かさ密度０．５ｇ／ｃｍ３の破砕トウモロコシ穂軸原料）に対して、加速器を３ＭｅＶ、ビーム電流５０ｍＡ、線速度を２４フィート（約７．３ｍ）／分に設定する。線量率を高くすると、目標とする（例えば、所望の）線量に対する処理量が増大する。
【００５９】
いくつかの実施形態では、原料に少なくとも０．１Ｍｒａｄ、０．２５Ｍｒａｄ、１Ｍｒａｄ、５Ｍｒａｄ、例えば、少なくとも１０、２０、３０または少なくとも４０Ｍｒａｄの総線量が照射されるまで電子衝撃を実施する。いくつかの実施形態では、原料に約１０Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄ、例えば、約２０Ｍｒａｄ〜約４０Ｍｒａｄまたは約２５Ｍｒａｄ〜約３０Ｍｒａｄの線量が照射されるまで処理を実施する。いくつかの実施形態では、理想的には、例えば通過毎に５Ｍｒａｄ／通過で約１秒間照射する形で数回通過させて総線量２５〜３５Ｍｒａｄを照射するのが好ましい。照射前、照射時、照射後および照射と照射の間に、例えば冷却スクリューコンベアおよび／または冷却振動コンベアを用いる冷却法、冷却システムおよび冷却設備を使用し得る。
【００６０】
上述のように複数のヘッドを用いて、原料を複数回通過させて、例えば、１０〜２０Ｍｒａｄ／通過、例えば１２〜１８Ｍｒａｄ／通過で数秒間の冷却時間を置いて２回通過させて、または７〜１２Ｍｒａｄ／通過、例えば５〜２０Ｍｒａｄ／通過、１０〜４０Ｍｒａｄ／通過９〜１１Ｍｒａｄ／通過で３回通過させて処理し得る。本明細書に記載されるように、原料を高線量で１回処理するのではなく、比較的低線量で数回処理すると、原料の過熱を防止しやすいことに加えて、原料の厚さ全体にわたる線量の均一性が増大する。いくつかの実施形態では、次の通過を実施する前に、各回の間または後に原料を攪拌するか別の方法でかき混ぜてから、均一な層にならし、処理の均一性をさらに増大させる。
【００６１】
いくつかの実施形態では、例えば、光速の７５パーセント超、例えば光速の８５パーセント超、９０パーセント超、９５パーセント超または９９パーセント超の速度まで電子を加速する。
【００６２】
いくつかの実施形態では、入手時から乾燥しているか、例えば加熱および／または減圧を用いて乾燥させたリグノセルロース系原料に本明細書に記載される任意の処理を実施する。例えば、いくつかの実施形態では、セルロース系および／またはリグノセルロース系原料は、２５℃、相対湿度５０パーセントで測定した残存水分量が約２５重量パーセント未満（例えば、約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１４重量％未満、約１３重量％未満、約１２重量％未満、約１０重量％未満、約９重量％未満、約８重量％未満、約７重量％未満、約６重量％未満、約５重量％未満、約４重量％未満、約３重量％未満、約２重量％未満、約１重量％未満または約０．５重量％未満）である。
【００６３】
いくつかの実施形態では、２種類以上のイオン源、例えば２種類以上の電子源などを使用し得る。例えば、試料を任意の順序で、電子ビーム、次いでガンマ線および波長が約１００ｎｍ〜約２８０ｎｍのＵＶ光で処理し得る。いくつかの実施形態では、３種類の電離放射線源、例えば電子ビーム、ガンマ線およびエネルギーＵＶ光などで試料を処理する。バイオマスを運搬して処理ゾーンを通過させ、そこで電子による衝撃を加え得る。
【００６４】
処理を繰り返し、バイオマスの抵抗性をさらに徹底的に減少させ、かつ／またはバイオマスをさらに変化させるのが有利な場合がある。具体的には、原料の抵抗性に応じて、最初の通過の後（例えば、２回目、３回目、４回目またはそれ以降の通過）に処理パラメータを調整し得る。いくつかの実施形態では、バイオマスが上記の各種工程の中を複数回運搬される循環システムを備えたコンベアを用い得る。他のいくつかの実施形態では、複数の処理装置（例えば、電子ビーム発生装置）を用いてバイオマスを複数回（例えば、２回、３回、４回またはそれ以上）処理する。また別の実施形態では、単一の電子ビーム発生装置をバイオマスの処理に使用することができる複数（例えば、２つ、３つ、４つまたはそれ以上）のビームの発生源にしてもよい。
【００６５】
炭水化物含有バイオマスの分子／超分子構造を変化させる効果および／または抵抗性を減少させる効果は使用する電子エネルギーおよび照射する線量によって左右されるのに対して、曝露時間は出力および線量によって決まる。いくつかの実施形態では、バイオマス原料が破壊される（例えば、焦げる、または燃焼する）ことがないように線量率および総線量を調節する。例えば、炭水化物は、バイオマスから無傷の状態で、例えば単量体糖として放出され得るよう処理中に損傷を受けないようにするべきである。
【００６６】
いくつかの実施形態では、原料に少なくとも約０．０５Ｍｒａｄ、例えば、少なくとも約０．１Ｍｒａｄ、０．２５Ｍｒａｄ、０．５Ｍｒａｄ、０．７５Ｍｒａｄ、１．０Ｍｒａｄ、２．５Ｍｒａｄ、５．０Ｍｒａｄ、７．５Ｍｒａｄ、１０．０Ｍｒａｄ、１５Ｍｒａｄ、２０Ｍｒａｄ、２５Ｍｒａｄ、３０Ｍｒａｄ、４０Ｍｒａｄ、５０Ｍｒａｄ、６０Ｍｒａｄ、７０Ｍｒａｄ、８０Ｍｒａｄ、９０Ｍｒａｄ、１００Ｍｒａｄ、１２５Ｍｒａｄ、１５０Ｍｒａｄ、１７５Ｍｒａｄまたは２００Ｍｒａｄの線量が照射されるまで（任意の電子源または電子源の組合せを用いて）処理を実施する。いくつかの実施形態では、０．１〜１００Ｍｒａｄ、１〜２００Ｍｒａｄ、５〜２００Ｍｒａｄ、１０〜２００Ｍｒａｄ、５〜１５０Ｍｒａｄ、５０〜１５０ＭｒａｄＭｒａｄ、５〜１００Ｍｒａｄ、５〜５０Ｍｒａｄ、５〜４０Ｍｒａｄ、１０〜５０Ｍｒａｄ、１０〜７５Ｍｒａｄ、１５〜５０Ｍｒａｄ、２０〜３５Ｍｒａｄの線量が照射されるまで処理を実施する。
【００６７】
いくつかの実施形態では、（本明細書に記載される任意の線源または線源の組合せによる）比較的低線量の照射を用いて、例えば、セルロース系またはリグノセルロース系原料の分子量を増大させる。例えば、少なくとも約０．０５Ｍｒａｄ、例えば、少なくとも約０．１Ｍｒａｄまたは少なくとも約０．２５Ｍｒａｄ、０．５Ｍｒａｄ、０．７５．１．０Ｍｒａｄ、１．５Ｍｒａｄ、２．０Ｍｒａｄ、２．５Ｍｒａｄ、３．０Ｍｒａｄ、３．５Ｍｒａｄ、４．０Ｍｒａｄまたは少なくとも約５．０Ｍｒａｄの線量。いくつかの実施形態では、原料に０．１Ｍｒａｄ〜２．０Ｍｒａｄ、例えば、０．５ｒａｄ〜４．０Ｍｒａｄまたは１．０Ｍｒａｄ〜３．０Ｍｒａｄの線量が照射されるまで照射を実施する。
【００６８】
原料内に照射が所望の程度透過するように、複数の方向から同時にまたは順次照射するのが望ましい場合もある。例えば、木材などの原料の密度および水分含有量ならびに使用する線源（例えば、ガンマビームまたは電子ビーム）に応じて、原料内への照射の透過の最大値はわずか約０．７５インチ（約１．９ｃｍ）であり得る。このような場合、最初に片側から原料に照射し、次いで、原料を裏返してもう一方の側から照射することによって、さらに厚い部分（最大１．５インチ（約））を照射することができる。複数の方向からの照射は、照射速度はガンマ線よりも速いが透過深度は通常ガンマ線に及ばない電子ビームの照射に特に有用であり得る。
【００６９】
放射線不透過性材料
本発明は、放射線不透過性材料を用いて建造されたボールトおよび／またはバンカー内の原料（例えば、リグノセルロース系またはセルロース系供給原料）を処理することを含み得る。一実施形態では、多くの材料を通過することが可能な高エネルギー（短波長）のＸ線から成分を遮蔽するため、放射線不透過性材料を選択する。放射線を遮蔽する囲いを設計するうえで重要な因子の１つは使用する材料の減衰長であり、これによって特定の材料、材料の混合物または層構造に必要な厚さが決まる。減衰長とは、放射線が入射放射線の約１／ｅ（ｅ＝オイラー数）倍まで減少する透過距離のことである。十分な厚さがあれば、実質的にあらゆる材料が放射線不透過性になるが、Ｚ値（原子番号）の大きい元素の組成割合（例えば、密度）が高い材料の方が放射線の減衰長が短く、したがって、このような材料を使用すれば、より薄くて軽い遮蔽をもたらすことができる。放射線遮蔽に使用される高Ｚ値材料の例として、タンタルおよび鉛がある。放射線遮蔽に重要なまた別のパラメータには半減距離があり、これはガンマ線強度が５０％減少する特定の材料の厚さのことである。一例を挙げれば、エネルギーが０．１ＭｅＶのＸ線照射では、半減厚さはコンクリートが約１５．１ｍｍ、鉛が約２．７ｍｍとなり、Ｘ線エネルギーが１ＭｅＶであれば、コンクリートの半減厚さは約４４．４５ｍｍ、鉛の半減厚さは約７．９ｍｍとなる。放射線不透過性材料は、反対側まで通過する放射線を減少させることができる限り、厚い材料であっても薄い材料であってもよい。したがって、例えば重量を軽くするため、または大きさに制約があるため、特定の囲いの壁厚を薄くすることが望まれるのであれば、選択する材料は、半減長が囲いの所望の壁厚以下になるのに十分なＺ値および／または減衰長を有するべきである。
【００７０】
いくつかの場合には、放射線不透過性材料は、例えば、優れた遮蔽をもたらすＺ値の高い材料の層と、その他の特性（例えば、構造統合性、衝撃耐性など）をもたらすＺ値の低い材料とを有する層状の材料であり得る。いくつかの場合には、層状の材料は、例えば、いくつかの層によって高Ｚ元素から低Ｚ元素までの連続的な勾配が生じる積層物を含めた、「段階的Ｚ」積層構造であり得る。いくつかの場合には、放射線不透過性材料はインターロッキングブロックであり得、例えば、鉛および／またはコンクリートのブロックがＮＥＬＣＯ  Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ社（バーリントン、マサチューセッツ州）によって供給可能であり、再構成可能なボールトを用いることができる。
【００７１】
放射線不透過性材料によって、その材料から形成される構造物（例えば、壁、ドア、天井、囲い、その一連のものまたはその組合せ）を通過する放射線が、入射放射線よりも少なくとも約１０％、（例えば、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９９９％）減少し得る。したがって、放射線不透過性材料でできた囲いによって、設備／システム／構成要素の曝露量が上と同じ量だけ減少し得る。放射線不透過性材料は、ステンレス鋼、Ｚ値が２５超の金属（例えば、鉛、鉄）、コンクリート、土、砂およびその組合せを含み得る。放射線不透過性材料は、入射放射線の方向に少なくとも約１ｍｍ（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、５ｃｍ、１０ｃｍ、１００ｃｍ、１ｍ、場合によっては少なくとも約１０ｍ）の遮断壁を含み得る。
【００７２】
線源
供給原料（例えば、リグノセルロース系またはセルロース系原料）の処理に用いる照射線の種類によって、使用する線源の種類ならびに照射装置およびその関連設備が決まる。本明細書に記載される照射線で原料を処理する方法、システムおよび設備は、本明細書に記載される入手源のほかにも、他の任意の有用な入手源用いるものであり得る。
【００７３】
ガンマ線源としては、放射性核種、例えばコバルト、カルシウム、テクネチウム、クロム、ガリウム、インジウム、ヨウ素、鉄、クリプトン、サマリウム、セレン、ナトリウム、タリウムおよびキセノンの同位体などが挙げられる。
【００７４】
Ｘ線源としては、電子ビームとタングステン、モリブデンもしくは合金などの金属標的との衝突または小型光源、例えばＬｙｎｃｅａｎ社が商用に製造しているものなどが挙げられる。
【００７５】
アルファ粒子はヘリウム原子の核と同じものであり、ビスマス、ポロニウム、アスタチン、ラドン、フランシウム、ラジウム、数種類のアクチニド、例えばアクチニウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、キュリウム、カリホルニウム、アメリシウムおよびプルトニウムなどの同位体のような様々な放射性核種のアルファ崩壊によって生じる。
【００７６】
紫外線源としては、ジュウテリウムまたはカドミウムランプが挙げられる。
【００７７】
赤外線源としては、サファイア、亜鉛またはセレン化物ウィンドウのセラミックランプが挙げられる。
【００７８】
マイクロ波源としては、クライストロン、Ｓｌｅｖｉｎ型ＲＦ源または水素、酸素もしくは窒素ガスを用いる原子ビーム源が挙げられる。
【００７９】
粒子を加速するのに使用する加速器は静電ＤＣ型、動電ＤＣ型、ＲＦリニア型、磁気誘導リニア型または連続波型のものであり得る。例えば、サイクロトロン型の加速器は、ＲＨＯＤＯＴＲＯＮ（商標）システムなどがベルギーのＩＢＡ社から入手可能であり、ＤＣ型の加速器は、ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）などがＲＤＩ社（現ＩＢＡ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ社）から入手可能である。イオンおよびイオン加速器については、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｓ．Ｋｒａｎｅ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ社（１９８８）、Ｋｒｓｔｏ  Ｐｒｅｌｅｃ，ＦＩＺＩＫＡ  Ｂ  ６（１９９７）４，１７７−２０６、Ｃｈｕ，Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｔ．，“Ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｔｈｅｒａｐｙ”，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ−Ｏｈｉｏ，ＩＣＲＵ−ＩＡＥＡ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，１８−２０  Ｍａｒｃｈ  ２００６、Ｉｗａｔａ，Ｙ．ら，“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−Ｐｈａｓｅ−Ｆｏｃｕｓｅｄ  ＩＨ−ＤＴＬ  ｆｏｒ  Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２００６，Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ，ＳｃｏｔｌａｎｄおよびＬｅｉｔｎｅｒ，Ｃ．Ｍ．ら，“Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＥＣＲ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｖｅｎｕｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２０００，Ｖｉｅｎｎａ，Ａｕｓｔｒｉａで論じらている。
【００８０】
電子はヨウ素、セシウム、テクネチウムおよびイリジウムなどの同位体のようなベータ崩壊する放射性核種によって生じ得る。あるいは、熱電子放出を介する電子源として電子銃を使用し、加速電位により加速することができる。電子銃が電子を発生させ、次いで電子が高い電位により加速され（例えば、約５０万ボルト超、約１００万ボルト超、約２００万ボルト超、約５００万ボルト超、約６００万ボルト超、約７００万ボルト超、約８００万ボルト超、約９００万または１０００万ボルト超）、次いで電子をｘ−ｙ平面で磁気的に走査するものであり、電子は最初に加速器管を通ってｚ方向に加速され、箔窓から取り出される。電子ビームの走査は、走査ビームの中を通って運搬される原料、例えばバイオマスを照射する際に照射表面を増大させるのに有用である。このほか電子ビームの走査により、熱負荷が窓に均一に分布し、電子ビームによる局部加熱に起因する箔窓破裂が減少する。窓箔が破裂すると、それに続いて必要となる修理と電子銃の再始動による長い中断時間の原因となる。
【００８１】
本明細書に開示される方法には、電界イオン化源、静電イオン分離器、電界イオン化発生装置、熱電子放出源、マイクロ波放電イオン源、再循環型または静止型加速器、動的リニア型加速器、バンデグラーフ加速器および折り返し型タンデム加速器を含めた他の様々な照射装置を用いることができる。このような装置は、例えば、Ｍｅｄｏｆｆに対する米国特許第７，９３１，７８４号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【００８２】
電子ビームを線源として用いることができる。電子ビームには線量率が高く（例えば、毎秒１、５または１０Ｍｒａｄ）、ハイスループットで、封じ込め設備および閉じ込め設備が比較的小さいという利点がある。電子ビームはほかにも、電気効率が高く（例えば、８０％）、他の照射方法よりも使用エネルギーを少なくすることが可能であることから、使用エネルギー量が少ない分だけ稼働コストおよび温室効果ガス放出量の削減につながる可能性がある。電子ビームは、例えば、静電起電機、カスケード起電機、変圧起電機、スキャニングシステムを備えた低エネルギー加速器、リニアカソードを備えた低エネルギー加速器、線形加速器、パルス加速器によって発生させることができる。
【００８３】
電子はほかにも、例えば鎖切断機序によって、炭水化物含有原料の分子構造の変化を比較的効率的に変化させることができる。さらに、エネルギーが０．５〜１０ＭｅＶの電子は、本明細書に記載のバイオマス原料のような低密度の原料、例えば、かさ密度が０．５ｇ／ｃｍ３未満、深さが０．３〜１０ｃｍの原料を透過することができる。電離放射線源としての電子は、山積みにした、積み重ねたまたは敷き詰めた厚さが比較的薄い、例えば、約０．５インチ（約１．３ｃｍ）未満、例えば約０．４インチ（約１．０ｃｍ）、０．３インチ（約０．７６ｃｍ）、０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）未満または約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）未満の原料に有用であり得る。いくつかの実施形態では、電子ビームの電子１個のエネルギーは約０．３ＭｅＶ〜約２．０ＭｅＶ（１００万電子ボルト）、例えば、約０．５ＭｅＶ〜約１．５ＭｅＶまたは約０．７ＭｅＶ〜約１．２５ＭｅＶである。原料を照射する方法については、２０１１年１０月１８日に出願された米国特許出願公開第第２０１２／０１００５７７（Ａ１）号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）で論じられている。
【００８４】
電子ビーム照射装置はＩｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ社（ルーヴァン＝ラ＝ヌーヴ、ベルギー）、ＮＨＶ社（日本）またはＴｉｔａｎ社（サンディエゴ、カリフォルニア州）から購入することができる。典型的な電子エネルギーは０．５ＭｅＶ、１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶまたは１０ＭｅＶであり得る。典型的な電子ビーム照射装置の出力は１ＫＷ、５ＫＷ、１０ＫＷ、２０ＫＷ、５０ＫＷ、６０ＫＷ、７０ＫＷ、８０ＫＷ、９０ＫＷ、１００ＫＷ、１２５ＫＷ、１５０ＫＷ、１７５ＫＷ、２００ＫＷ、２５０ＫＷ、３００ＫＷ、３５０ＫＷ、４００ＫＷ、４５０ＫＷ、５００ＫＷ、６００ＫＷ、７００ＫＷ、８００ＫＷ、９００ＫＷまたは１０００ＫＷであり得る。
【００８５】
電子ビーム照射装置の出力仕様を考慮する際のトレードオフとしては、稼働コスト、資本コスト、減価償却および装置の設置面積が挙げられる。電子ビーム照射の曝露量レベルを考慮する際のトレードオフは、エネルギーコストならびに環境、安全および衛生面（ＥＳＨ）の問題であろう。通常、特に工程で発生するＸ線からの生成には、発生装置を、例えば鉛またはコンクリート製のボールトに格納する。電子エネルギーを考慮する際のトレードオフとしてはエネルギーコストが挙げられる。
【００８６】
電子ビーム照射装置は固定ビームまたは走査ビームのいずれかを生成させることができる。走査ビームは走査スウィープの長さが長く走査速度が速いと、事実上、広い固定されたビーム幅の代わりとなるため有利であり得る。さらに、使用できるスウィープ幅が０．５ｍ、１ｍ、２ｍまたはそれ以上のものが入手可能である。走査ビームは走査幅が比較的広く、局部加熱および窓の破損が起こる可能性が低いため、本明細書に記載のほとんどの実施形態に好適である。
【００８７】
電子銃−窓
供給原料（例えば、リグノセルロース系またはセルロース系原料）の処理に用い得る電子加速器の抽出システムは２つの窓箔を含み得る。２つの箔窓抽出システム内の冷却ガスは、パージガスまたは混合物、例えば空気または純ガスであり得る。一実施形態では、ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび／または二酸化炭素などの不活性ガスである。電子ビームに対するエネルギー損失が最小限に抑えられることから、液体よりも気体を使用する方が好ましい。このほか、窓または窓と窓の間隙に衝突させる前に純ガスを事前に混合するか、配管内で混合した混合物を使用し得る。冷却ガスは、例えば、熱交換システム（例えば、冷却機）および／または凝縮ガス（例えば、液体窒素、液体ヘリウム）からのボイルオフを用いることによって冷却され得る。窓箔については、２０１３年１０月１０日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／６４３３２号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【００８８】
放射線処理時の加熱および処理量
電子ビームの電子が物質と非弾性衝突で相互作用すると、バイオマス内でいくつかの過程が起こり得る。例えば、原料のイオン化、原料中のポリマーの鎖切断、原料中のポリマーの架橋、原料の酸化、Ｘ線の発生（「制動放射」）および分子の振動励起（例えば、フォノン発生）がある。特定の機序に束縛されるものではないが、抵抗性の減少は、これらの非弾性衝突効果のうちのいくつか、例えばイオン化、ポリマーの鎖切断、酸化およびフォノン発生に起因し得る。これらの効果のいくつか（例えば、特にＸ線発生）は、遮蔽および遮断壁の設計、例えば照射工程をコンクリート（またはその他の放射線不透過性材料）製のボールトで囲うことが必要である。照射のまた別の効果である振動励起は、試料の加熱と同じものである。照射による試料の加熱は抵抗性の減少を促進し得るが、過剰な加熱は、以下で説明するように原料を破壊し得る。
【００８９】
電離放射線の吸着による断熱温度上昇（ΔＴ）は方程式：ΔＴ＝Ｄ／Ｃｐで表され、式中、ＤはｋＧｙで表される平均線量であり、ＣｐはＪ／ｇ℃で表される熱容量であり、ΔＴは℃で表される温度変化である。典型的な乾燥バイオマス原料では熱容量がほぼ２となる。湿潤バイオマスでは、水の熱容量が極めて高い（４．１９Ｊ／ｇ℃）ため、水分量に応じて熱容量がこれよりも高くなる。金属は熱容量がはるかに低く、例えば３０４ステンレス鋼は、熱容量が０．５Ｊ／ｇ℃である。バイオマスおよびステンレス鋼の放射線の即時吸着による温度変化の計算値を様々な線量の放射線について表２に示す。表に示されるように、いくつかの場合には、温度が極めて高いため、原料が変質する（例えば、揮発し、炭化し、かつ／または焦げる）。
【００９０】
【表２】
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【００９１】
温度が高いと、バイオマス中の生体高分子が破壊され、かつ／または変化し得るため、ポリマー（例えば、セルロース）をさらに処理するのに適さなくなる。高温に曝露されたバイオマスは黒ずんで粘着性となり臭気を放つことから、変質したことがわかる。粘着性によって原料の運搬が困難になることすらある。臭気は不快であるほか、安全性の問題となり得る。実際には、バイオマスを約２００℃未満（例えば、約１９０℃未満、約１８０℃未満、約１７０℃未満、約１６０℃未満、約１５０℃未満、約１４０℃未満、約１３０℃未満、約１２０℃未満、約１１０℃、約６０℃〜１８０℃、約６０℃〜１６０℃、約６０℃〜１５０℃、約６０℃〜１４０℃、約６０℃〜１３０℃、約６０℃〜１２０℃、約８０℃〜１８０℃、約１００℃〜１８０℃、約１２０℃〜１８０℃、約１４０℃〜１８０℃、約１６０℃〜１８０℃、約１００℃〜１４０℃、約８０℃〜１２０℃）に維持すれば、本明細書に記載される工程に有益であることがわかっている。
【００９２】
本明細書に記載される工程（例えば、抵抗性の減少）には約１０Ｍｒａｄを上回る照射が望ましいことがわかっている。このほか、バイオマス処理の際に照射がボトルネックとならないようハイスループットであるのが望ましい。処理は線量率の方程式：Ｍ＝ＦＰ／Ｄ・時間によって左右され、式中、Ｍは照射される原料の質量（ｋｇ）であり、Ｆは吸収電力の割合（無単位）であり、Ｐは放射電力（ｋＷ＝電圧（ＭｅＶ）×電流（Ａ））であり、時間は処理時間（秒）であり、Ｄは吸収された線量（ｋＧｙ）である。吸収電力の割合を固定し、放射電力を一定とし、規定の線量が望まれる工程の例では、照射時間を長くすることによって処理量（例えば、Ｍ、処理されるバイオマス）を増大させることができる。しかし、原料を冷却させずに照射時間を長くすると、上記の計算によって例示されるように、原料が過熱され得る。バイオマスは熱伝導率が低い（約０．１Ｗｍ−１Ｋ−１未満）ため、例えば短時間でエネルギーを放散させることができる金属（約１０Ｗｍ−１Ｋ−１超）とは異なり、エネルギーを転移させるヒートシックが存在しない限り熱放散に時間がかかる。
【００９３】
電子銃−ビームストップ
いくつかの実施形態では、（例えば、リグノセルロース系またはセルロース系供給原料の照射に電子ビーム照射を用いる）システムおよび方法は、ビームストップ（例えば、シャッター）を含む。例えば、ビームストップを用いて、電子ビーム装置の出力を下げずに原料の照射を迅速に遮断または減少させることができる。あるいは、電子ビームの出力を上げながらビームストップを用いることができ、例えば、ビームストップによって、所望のレベルのビーム電流に達するまで電子ビームを遮断することができる。ビームストップは、第一の箔窓と第二の箔窓との間に設置し得る。例えば、ビームストップを移動可能なように、すなわちビーム経路の内外に移動できるように取り付け得る。例えば照射の線量を制御するのに、ビームの部分的覆いを用いることもできる。ビームストップは、床、バイオマスのコンベア、壁、照射装置（例えば、スキャンホーンの位置）または任意の構造支持体に取り付け得る。好ましくは、ビームがビームストップによって効率的に制御され得るように、ビームストップをスキャンホーンと関連付けて固定する。ビームストップは、それがビームの内外に移動して稼働できるようにするヒンジ、レール、ホイール、スロットをはじめとする手段を組み込み得る。ビームストップは、電子の少なくとも５％、例えば、電子の少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、少なくとも８０％、８５％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％または場合によっては約１００％を遮断する任意の材料でできたものであり得る。
【００９４】
ビームストップは、特に限定されないが、ステンレス鋼、鉛、鉄、モリブデン、銀、金、チタン、アルミニウム、スズもしくはこれらの合金またはこのような金属でできた積層物（層状の材料）（例えば、金属コートセラミック、金属コートポリマー、金属コート複合材料、多層金属材料）を含めた金属からできたものであり得る。
【００９５】
ビームストップは、例えば水溶液などの冷却液またはガスで冷却され得る。ビームストップは一部または全部が中空であり得、例えば空洞を有する。ビームストップの内部空間は冷却液およびガスに利用し得る。ビームストップは、平面形、曲面形、円形、卵形、正方形、長方形、面取り形および楔形を含めた任意の形状であり得る。
【００９６】
ビームストップは、一部の電子を通過させ、それにより窓の全領域または窓の特定の領域にわたって照射レベルを制御する（例えば、減少させる）ように孔を有し得る。ビームストップは、例えば繊維またはワイヤで形成されたメッシュであり得る。複数のビームストップを一緒にまたは別個に用いて照射を制御し得る。ビームを所定の位置またはその外に移動させるのに、ビームストップを例えば無線信号によって遠隔制御するか、配線でモーターに接続し得る。
【００９７】
ビームダンプ
このほか、本明細書に開示される実施形態（例えば、リグノセルロースまたはセルロース系供給原料の照射に電離放射線を用いる実施形態）は、照射処理を用いる場合、ビームダンプを含み得る。ビームダンプの目的は、荷電粒子ビームを安全に吸収することである。ビームストップと同じく、ビームダンプを用いて荷電粒子ビームを遮断することができる。しかし、ビームダンプはビームストップよりもはるかに堅牢なものであり、全出力の電子ビームを長時間にわたって遮断することを目的とするものである。ビームダンプは、加速器の出力を上げながらビームを遮断するのに使用されることが多い。
【００９８】
ビームダンプはこのほか、このようなビームによって発生する熱を調節するよう設計されており、通常、銅、アルミニウム、炭素、ベリリウム、タングステンまたは水銀などの材料でできている。ビームダンプは、例えばビームダンプと熱的に接触しうる冷却液を用いて冷却され得る。
【００９９】
バイオマス原料
リグノセルロース系原料（例えば、糖化する供給原料）としては、特に限定されないが、木材、削片板、林業廃棄物（例えば、おがくず、アスペン材、木片）、草木（例えば、スイッチグラス、ススキ、コードグラス、クサヨシ）、穀物残渣（例えば、米穀、オートムギ殻、コムギもみ殻、オオムギ殻）、農業廃棄物（例えば、貯蔵牧草、カノーラわら、コムギわら、オオムギわら、オートムギわら、米わら、黄麻、大麻、亜麻、竹、サイザル麻、マニラ麻、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ茎葉、ダイズ茎葉、トウモロコシ繊維、アルファルファ、乾草、ヤシ毛）、糖加工残渣（例えば、バガス、テンサイパルプ、リュウゼツランバガス）、藻、海藻、堆厩肥、下水およびそのいずれかの組合せが挙げられる。
【０１００】
いくつかの場合には、リグノセルロース系原料はトウモロコシ穂軸を含む。粉砕または衝撃粉砕したトウモロコシ穂軸を比較的均一な厚さの層になるように広げて照射してもよく、照射後、さらに処理を進めるために培地中に分散させるのが容易になる。回収および収集を容易にするため、いくつかの場合には、トウモロコシ稈、トウモロコシ穀粒を含め、さらにいくつかの場合には植物体の根系も含めたトウモロコシ植物体全体を用いる。
【０１０１】
トウモロコシ穂軸またはトウモロコシ穂軸含有量の多いセルロース系もしくはリグノセルロース系原料の発酵では、追加の栄養素（窒素源、例えば尿素またはアンモニア以外のもの）が不要であるとい点で有利である。
【０１０２】
トウモロコシ穂軸はほかにも、粉砕前後でも運搬および分散が容易であり、乾草および草木などの他のセルロース系またはリグノセルロース系原料よりも空気中に爆発性の混合物を生成しにくい。
【０１０３】
セルロース系原料としては、例えば、紙、紙製品、紙くず、製紙パルプ、着色紙、塗工紙、コーテッド紙、充填紙、雑誌、印刷物（例えば、本、カタログ、マニュアル、ラベル、カレンダー、グリーティングカード、パンフレット、案内書、新聞紙）、プリンタ用紙、ポリコート紙、カード用紙、厚紙、板紙、セルロース含有量の高いワタなどの原料およびそのいずれかの組合せが挙げられる。例えば、米国特許出願第１３／３９６，３６５号（Ｍｅｄｏｆｆらにより２０１２年２月１４日に出願された「Ｍａｇａｚｉｎｅ  Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋｓ」；開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている紙製品がある。
【０１０４】
セルロース系原料としてはこのほか、一部分または全体が脱リグニンされたリグノセルロース系原料を挙げることができる。
【０１０５】
いくつかの場合には、その他のバイオマス原料、例えばデンプン系原料を用い得る。デンプン原料としては、デンプン自体、例えばコーンスターチ、コムギデンプン、バレイショデンプンまたは米デンプン、デンプンの誘導体または食品もしくは作物などのデンプンを含む原料が挙げられる。例えば、デンプン原料はアラカチャ、ソバ、バナナ、オオムギ、キャッサバ、クズ、アンデスカタバミ、サゴ、モロコシ、通常の家庭用バレイショ、サツマイモ、タロイモ、ヤマノイモまたはソラマメ、レンズマメもしくはエンドウマメなどの１種類以上のマメであり得る。任意の２種類以上のデンプン原料を配合したものもデンプン原料となる。このほかデンプン系原料、セルロース系原料および／またはリグノセルロース系原料の混合物を使用してもよい。例えば、バイオマスは例えば、コムギ植物体、ワタ植物体、トウモロコシ植物体、米植物体または木の全植物体、植物体の一部分または植物体の様々な部分であり得る。デンプン原料を本明細書に記載の方法のいずれかによって処理してもよい。
【０１０６】
供給原料として使用し得る微生物原料としては、特に限定されないが、炭水化物源（例えば、セルロース）を含むかこれを供給する能力のある任意の天然または遺伝子改変微生物または生物、例えば、原生生物、例えば動物性原生生物（例えば、鞭毛虫、アメーバ様原生動物、繊毛虫および胞子虫などの原生動物）および植物性原生生物（例えば、アルベオラータ、クロララクニオン藻、クリプト藻、ユーグレナ藻、灰色藻、ハプト藻、紅藻、黄色植物および緑色植物などの藻類）が挙げられる。その他の例としては、海藻、プランクトン（例えば、マクロプランクトン、メソプランクトン、ミクロプランクトン、ナノプランクトン、ピコプランクトンおよびフェムトプランクトン）、植物プランクトン、細菌（例えば、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌および好極限性細菌）、酵母および／またはその混合物が挙げられる。いくつかの場合には、微生物バイオマスを天然源、例えば、海、湖、水域、例えば海水もしくは淡水または陸上から入手してもよい。上記のものに代えてまたは加えて、微生物バイオマスを培養系、例えば、大規模な乾式および湿式の培養系および発酵系から入手してもよい。
【０１０７】
他の実施形態では、セルロース系、デンプン系およびリグノセルロース系供給原料などのバイオマス原料を、野生型種に対して改変したトランスジェニック微生物および植物から入手してもよい。このような改変は、例えば、植物で所望の形質が得られるまで選択と交配の段階を繰り返すことによるものであってよい。さらに、植物は、野生型種に対して遺伝物質を除去、改変、発現停止および／または追加したものであってよい。例えば、組換えＤＮＡ法（この場合、遺伝子改変には、親種由来の特定の遺伝子を導入または改変することが含まれる）によって、あるいは例えば、異なる種の植物および／または細菌から特定の１つまたは複数の遺伝子を植物に導入するトランスジェニック育種を用いることによって、遺伝子改変植物を作製してもよい。遺伝的変異を作出する別の方法には、内因性遺伝子から新たな対立遺伝子を人工的に作出する突然変異育種によるものがある。人工遺伝子は、植物体または種子を例えば、化学的突然変異誘発物質（例えば、アルキル化剤、エポキシド、アルカロイド、過酸化物、ホルムアルデヒドを用いる）、照射（例えば、Ｘ線、ガンマ線、中性子、ベータ粒子、アルファ粒子、プロトン、重陽子、ＵＶ照射）および温度ショックをはじめとする外部ストレスで処理することならびにそれに続く選択技術を含めた様々な方法によって作出することができる。改変遺伝子を得る他の方法には、エラープローンＰＣＲおよびＤＮＡシャフリングを実施し、次いで所望の植物体または種子に所望の改変ＤＮＡを挿入するものがある。種子または植物体に所望の遺伝的変異を導入する方法としては、例えば、細菌担体、遺伝子銃、リン酸カルシウム沈殿法、エレクトロポレーション、遺伝子スプライシング、遺伝子サイレンシング、リポフェクション法、マイクロインジェクション法およびウイルス担体の使用が挙げられる。また別の遺伝子改変材料については、２０１２年２月１４日に出願された米国特許出願第１３／３９６，３６９号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１０８】
本明細書に記載される方法はいずれも、本明細書に記載される任意のバイオマス原料の混合物を用いて実施することができる。
【０１０９】
その他の原料
本明細書に記載される方法、設備およびシステムを用いて、その他の原料（例えば、天然原料または合成原料）、例えばポリマーを処理および／または作製することができる。例えば、ポリエチレン（例えば、直鎖状低密度エチレンおよび高密度ポリエチレン）、ポリスチレン、スルホン化ポリスチレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリエステル（例えば、ナイロン、ＤＡＣＲＯＮ（商標）、ＫＯＤＥＬ（商標））、ポリアルキレンエステル、ポリビニルエステル、ポリアミド（例えば、ＫＥＶＬＡＲ（商標））、ポリエチレンテレフタラート、酢酸セルロース、アセタール、ポリアクリロニトリル、ポリカルボナート（例えば、ＬＥＸＡＮ（商標））、アクリル樹脂［例えば、ポリ（メチルメタクリラート）、ポリ（メチルメタクリラート）、ポリアクリロニトリル］、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリアクリロニトリル、ポリクロロプレン（例えば、ネオプレン）、ポリ（シス−１，４−イソプレン）［例えば、天然ゴム］、ポリ（トランス−１，４−イソプレン）［例えば、グッタペルカ］、フェノールホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、エポキシド、ポリエステル、ポリアミン、ポリカルボン酸、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ポリ酸無水物、ポリフルオロカーボン（例えば、ＴＥＦＬＯＮ（商標））、シリコン（例えば、シリコーンゴム）、ポリシラン、ポリエーテル（例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド）、ろう、油およびその混合物がある。このほか、プラスチック、ゴム、エラストマー、繊維、ろう、ゲル、油、接着剤、熱可塑性プラスチック、熱硬化プラスチック、生分解性ポリマー、このようなポリマーで作製した樹脂、その他のポリマー、その他の原料およびその組合せが挙げられる。ポリマーは、カチオン重合、アニオン重合、ラジカル重合、メタセシス重合、開環重合、グラフト重合、付加重合を含めた任意の有用な方法によって作製され得る。いくつかの場合には、本明細書に開示される処理を例えばラジカルグラフト重合および架橋に用い得る。このほか、ポリマーと例えばガラス、金属、バイオマス（例えば、繊維、粒子）、セラミックとの複合材料を処理および／または作製することができる。
【０１１０】
本明細書に開示される方法、システムおよび設備を用いて処理することができるその他の原料には、セラミック材料、鉱物、金属、無機化合物がある。例えば、ケイ素およびゲルマニウムの結晶、窒化ケイ素、金属酸化物、半導体、インスレーター、セメントおよび／または導線がある。
【０１１１】
さらに、製造された複数部品原料または成形原料（例えば、鋳造、押出し、溶接、鋲接、重層または何らかの方法による組合せによるもの）、例えば、ケーブル、パイプ、板、囲い、組み込まれた半導体チップ、回路板、ワイヤ、タイや、窓、積層原料、ギア、ベルト、機会、その組合せを処理し得る。例えば、本明細書に記載される方法によって原料を処理することにより、表面を変化させて、例えばさらなる官能基化、組合せ（例えば、溶接）を受けやすくすることができ、かつ／または処理により原料を架橋することができる。
【０１１２】
例えば、このような原料をリグノセルロース系またはセルロース系原料と混合し、かつ／またはバイオマス供給原料に含ませ得る。
【０１１３】
バイオマス原料の調製―機械的処理
バイオマスは、例えば含水率が約３５％未満（例えば、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満または約１％未満）の乾燥形態であり得る。またバイオマスは湿潤状態で、例えば、固体が少なくとも約１０重量％（例えば、少なくとも約２０重量％、少なくとも約３０重量％、少なくとも約４０重量％、少なくとも約５０重量％、少なくとも約６０重量％、少なくとも約７０重量％）の湿潤固形物、スラリーまたは懸濁液として供給され得る。
【０１１４】
本明細書に開示される工程では、かさ密度の低い原料、例えば、物理的に前処理してかさ密度を約０．７５ｇ／ｃｍ３未満、例えば、約０．７ｃｍ３未満、０．６５ｃｍ３未満、０．６０ｃｍ３未満、０．５０ｃｍ３未満、０．３５ｃｍ３未満、０．２５ｃｍ３未満、０．２０ｃｍ３未満、０．１５ｃｍ３未満、０．１０ｃｍ３未満、０．０５ｃｍ３未満またはそれ以下、例えば約０．０２５ｇ／ｃｍ３未満にしたセルロース系またはリグノセルロース系供給原料を使用し得る。かさ密度はＡＳＴＭ  Ｄ１８９５Ｂを用いて決定される。簡潔に述べると、この方法では既知の体積のメスシリンダーに試料を充填し、試料の重量を量る。グラムで表した試料の重量を立方センチメートルで表した既知のシリンダーの体積で除することにより、かさ密度を計算する。必要に応じて、例えば、Ｍｅｄｏｆｆに対する米国特許第７，９７１，８０９号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている方法により、かさ密度の低い原料の密度を高めてもよい。
【０１１５】
いくつかの場合には、前処理工程はバイオマス原料の篩分けを含む。篩分けは所望の開口径、例えば、約６．３５ｍｍ（１／４インチ、０．２５インチ）未満（例えば、約３．１８ｍｍ（１／８インチ、０．１２５インチ）未満、約１．５９ｍｍ（１／１６インチ、０．０６２５インチ）、約０．７９ｍｍ（１／３２インチ、０．０３１２５インチ）、例えば、約０．５１ｍｍ（１／５０インチ、０．０２０００インチ）未満、約０．４０ｍｍ（１／６４インチ、０．０１５６２５インチ）未満、約０．２３ｍｍ（０．００９インチ）未満、約０．２０ｍｍ（１／１２８インチ、０．００７８１２５インチ）未満、約０．１８ｍｍ（０．００７インチ）未満、約０．１３ｍｍ（０．００５インチ）未満または約０．１０ｍｍ（１／２５６インチ、０．００３９０６２５インチ）未満）の開口径のメッシュまたは有孔板に通すものであり得る。ある形態では、所望のバイオマスが孔または篩を通って下に落ち、孔または篩より大きいバイオマスは照射を受けない。この大きい原料は、例えば粉砕によって再処理しても、単に工程から取り除いてもよい。別の形態では、孔より大きい原料が照射を受け、小さい原料は篩工程によって取り除かれるか再利用される。この種の形態では、コンベア自体（例えば、コンベアの一部分）に孔が開いていても、コンベア自体がメッシュ製であってもよい。例えば、特定の一実施形態では、バイオマス原料が湿潤状態であり得、照射前に孔またはメッシュによってバイオマスから水分が抜ける。
【０１１６】
原料の篩分けはほかにも、例えば、不要な原料を取り除く技師またはメカノイド（例えば、色、反射率などのセンサーを備えたロボット）による手動的方法によるものであり得る。このほか篩分けは、磁気による篩分けによるものであり得、この方法では、原料が輸送されてくる付近に磁石を配置し、磁性をもつ原料を磁石によって取り除く。
【０１１７】
任意選択の前処理は原料の過熱を含み得る。例えば、バイオマスをはじめとする原料を運搬しているコンベアの一部分が加熱ゾーンを通るようにし得る。加熱ゾーンは、例えば、ＩＲ放射、マイクロ波、燃焼（例えば、ガス、石炭、油、バイオマス）、抵抗加熱および／または誘導コイルによって作り出すことができる。熱は少なくとも１つの側面から加えても２つ以上の側面から加えてもよく、連続的に加えても断続的に加えてもよく、原料の一部分に加えても原料全体に加えてもよい。例えば、輸送トラフの一部分を加熱ジャケットの使用によって加熱し得る。加熱は例えば、原料の乾燥を目的とするものであり得る。原料を乾燥させる場合、加熱の有無とは関係なく、輸送されるバイオマスの上方および／または中にガス（例えば、空気、酸素、窒素、Ｈｅ、Ｃ０２、アルゴン）を流すことによって乾燥を促進させてもよい。
【０１１８】
任意選択で、前処理は原料の冷却を含み得る。原料の冷却については、Ｍｅｄｏｆｆに対する米国特許第７，９００，８５７号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。例えば、冷却は、輸送トラフの底部に冷却液、例えば水（例えば、グリセロールを含んだもの）または窒素（例えば、液体窒素）を送ることによるものであってよい。あるいは、バイオマス原料の上方または輸送システムの下方に冷却ガス、例えば冷却窒素を吹きかけてもよい。
【０１１９】
別の任意選択の前処理方法は、バイオマスをはじめとする供給原料に原料を添加することを含み得る。例えば、バイオマスを輸送する際に原料をバイオマスに降り注ぐこと、撒くことおよび／または注ぐことによって、追加の原料を添加し得る。添加することができる原料としては、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１０５１１９（Ａ１）号（２００９年１０月２６日出願）および米国特許出願公開第２０１０／０１５９５６９（Ａ１）号（２００９年１２月１６日出願）（いずれも開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている金属、セラミックおよび／またはイオンが挙げられる。添加することができる任意選択の原料としては、酸および塩基が挙げられる。添加することができるその他の原料にはオキシダント（例えば、過酸化物、塩素酸）、ポリマー、重合性単量体（例えば、不飽和結合を含むもの）、水、触媒、酵素および／または生物体がある。原料は例えば、純粋な形態で、溶媒（例えば、水または有機溶媒）に溶かした溶液として、および／または溶液として添加することができる。いくつかの場合には、溶媒は揮発性物質であり、例えば、既に述べたように加熱および／またはガス吹付けによって蒸発させることが可能である。添加した原料がバイオマス上に均一な被膜を形成することもあれば、異なる成分（例えば、バイオマスと追加の原料）の均一な混合物になることもある。添加した原料は、照射の効率を増大させることによって、照射を減衰させることによって、または照射の作用を変える（例えば、電子ビームからＸ線または熱に変える）ことによって、のちの照射段階を調節し得る。この方法は照射に一切影響を及ぼさないが、さらに下流の処理に有用であり得る。添加した原料は、例えば、塵埃量を減らすことによって、原料の輸送に役立ち得る。
【０１２０】
バイオマスはベルトコンベア、空気コンベア、スクリューコンベア、ホッパー、パイプ、手動またはその組合せによってコンベア（例えば、本明細書に記載されるボールト内で使用する振動コンベア）まで運ばれ得る。例えば、上に挙げたいずれかの方法によって、バイオマスをコンベア上に落下させ、注ぎ、かつ／または置くことができる。いくつかの実施形態では、低酸素雰囲気を維持し、かつ／または粉塵および微粉を抑えるために封入した原料を分配するシステムを用いて、原料をコンベアまで運ぶ。バイオマスの微粉および粉塵が舞い上がったり、空気中に浮遊すると、爆発の危険性が生じたり、電子銃の窓箔が破損する可能性があるため（原料の処理にこのような装置を用いる場合）望ましくない。
【０１２１】
原料を約０．０３１２〜５インチ（約０．７９２ｍｍ〜約１２７ｍｍ）（例えば、約０．０６２５〜２．０００インチ（約１．５９ｍｍ〜約５０．８ｍｍ）、約０．１２５〜１インチ（約３．１８ｍｍ〜約２５．４ｍｍ）、約０．１２５〜０．５インチ（約３．１８ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）、約０．３〜０．９インチ（約７．６２ｍｍ〜約２２．９ｍｍ）、約０．２〜０．５インチ（約５．０８ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）約０．２５〜１．０インチ（約６．３５ｍｍ〜約２５．４ｍｍ）、約０．２５〜０．５インチ（約６．３５ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）、０．１００±０．０２５インチ（約２．５４ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．１５０±０．０２５インチ（約３．８１ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．２００±０．０２５インチ（約５．０８ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．２５０±０．０２５インチ（約６．３５ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．３００±０．０２５インチ（約７．６２ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．３５０±０．０２５インチ（約８．８９ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．４００±０．０２５インチ（約１０．１６ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．４５０±０．０２５インチ（約１１．４ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．５００±０．０２５インチ（約１２．７ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．５５０±０．０２５インチ（約１４．０ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．６００±０．０２５インチ（約１５．２ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．７００±０．０２５インチ（約１７．８ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．７５０±０．０２５インチ（約１９．１ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．８００±０．０２５インチ（約２０．３２ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．８５０±０．０２５インチ（約２１．５９ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．９００±０．０２５インチ（約２２．９ｍｍ±約０．６３５ｍｍ）、０．９００±０．０２５インチ（約２２．９ｍｍ±約０．６３５ｍｍ））の均一な厚さになるようにそろえることができる。
【０１２２】
一般に、原料をできるだけ速く電子ビームの中を輸送して処理量を最大限にするのが好ましい。例えば、原料を少なくとも１フィート（約０．３ｍ）／分、例えば、少なくとも２フィート（約０．６ｍ）／分、少なくとも３フィート（約０．９ｍ）／分、少なくとも４フィート（約１．２ｍ）／分、少なくとも５フィート（約１．５ｍ）／分、少なくとも１０フィート（約３．０ｍ）／分、少なくとも１５フィート（約４．６ｍ）／分、２０フィート（約６．１ｍ）／分、２５フィート（約７．６ｍ）／分、３０フィート（約９．１ｍ）／分、３５フィート（約１１ｍ）／分、４０フィート（約１２ｍ）／分、４５フィート（約１４ｍ）／分、５０フィート（約１５ｍ）／分の速度で輸送し得る。輸送速度はビーム電流と関係があり、例えば、バイオマスの厚さ１／４インチ、１００ｍＡでは、コンベアが約２０フィート（約６．１ｍ）／分で動いて有効な照射線量になり、５０ｍＡではコンベアが約１０フィート（約３．０ｍ）／分で動いてほぼ同じ照射線量になる。
【０１２３】
バイオマス原料が照射ゾーンの中を輸送された後、任意選択で後処理を実施し得る。任意選択の後処理は、例えば、照射前処理に関して記載されている工程であり得る。例えば、バイオマスを篩分けする、加熱する、冷却するおよび／または添加剤と組み合わせ得る。照射後に特有なものとして、ラジカルの消滅、例えば、液体または気体（例えば、酸素、亜酸化窒素、アンモニア、液体）の添加、圧力の利用、熱および／またはラジカルスカベンジャーの添加によってラジカルの消滅が生じ得る。例えば、バイオマスを封入されたコンベアから搬出して気体（例えば、酸素）に曝露し、そこで反応を停止させてカボキシル化基を形成させることができる。一実施形態では、照射時にバイオマスを反応性の気体または液体に曝露する。照射したバイオマスの反応停止については、Ｍｅｄｏｆｆに対する米国特許第８，０８３，９０６号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１２４】
必要に応じて、照射に加え機械的処理を１種類以上用いて炭水化物含有原料の抵抗性をさらに減少させ得る。このような工程は照射前、照射時および／または照射後に適用され得る。
【０１２５】
いくつかの場合には、機械的処理は受け取った供給原料の初期調製、例えば、サイズリダクション、例えば切断、破砕、剪断、微粉砕または細切などによる原料の粉砕を含み得る。例えば、いくつかの場合には、ばらばらの供給原料（例えば、再生紙、デンプン原料またはスイッチグラス）を剪断または細断によって調製する。機械的処理により、炭水化物含有原料のかさ密度が減少し、炭水化物含有原料の表面積が増大し、かつ／または炭水化物含有原料の１つ以上の寸法が減少し得る。
【０１２６】
上記のものに代えて、またはこれに加えて、供給原料を別の処理、例えば、酸（ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４）、塩基（例えば、ＫＯＨおよびＮａＯＨ）、化学的酸化体（例えば、過酸化物、塩素酸、オゾン）などによる化学的処理、照射、水蒸気爆砕、熱分解、超音波処理、酸化、化学的処理によって処理してもよい。処理は、任意の順序ならびに任意のシーケンスおよび組合せであってよい。例えば、供給原料を最初に１種類以上の他の物理的処理方法、例えば、（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４を用いる）酸加水分解を含みこれと組み合わせた化学処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解または水蒸気爆砕によって物理的に処理した後、機械的に処理し得る。１種類以上の他の処理、例えば照射または熱分解によって処理した原料には脆くなる傾向があり、したがって、機械的処理によって原料の構造を変化させるのが容易になり得るため、このシーケンスは有利なものとなり得る。また別の例として、本明細書に記載されるように、コンベアを用いて供給原料を電離放射線の中を輸送した後、機械的に処理し得る。化学処理により、リグニンの一部または全部が除去（例えば、化学パルプ化）され、また原料が部分的にまたは完全に加水分解され得る。このほか、この方法を予め加水分解した原料に用いてもよい。ほかにも、この方法を予め加水分解していない原料に用いてもよい。加水分解した原料と加水分解していない原料との混合物、例えば、加水分解していない原料を約５０％以上、加水分解していない原料を約６０％以上、加水分解していない原料を約７０％以上、加水分解していない原料を約８０％以上または場合によっては加水分解していない原料を９０％以上含む混合物にこの方法を用いてもよい。
【０１２７】
工程の最初および／または後の段階にサイズリダクションを実施し得るが、これに加えて、機械的処理も炭水化物含有原料を「分断し」、「圧力を加え」、壊しまたは砕いて、物理的処理の際に原料のセルロースが鎖の切断および／または結晶構造の崩壊を受けやすくするのに有利であり得る。
【０１２８】
炭水化物含有原料を機械的に処理する方法としては、例えば、ミリングまたは破砕が挙げられる。ミリングは、例えばハンマーミル、ボールミル、コロイドミル、コニカルまたはコーンミル、ディスクミル、エッジミル、Ｗｉｌｅｙミル、グリストミルまたはその他のミルを用いて実施することができる。破砕は、例えば、切断／衝撃タイプのグラインダを用いて実施することができる。グラインダの一部の例としては、石材グラインダ、ピングラインダ、コーヒーグラインダおよびバーグラインダが挙げられる。破砕またはミリングは、例えば、ピンミルの場合と同様に、往復運動するピンをはじめとする要素によって行われ得る。その他の機械的処理方法としては、機械的に引き裂くまたは引きちぎること、繊維に圧力を加える他の方法および空気摩擦によるミリングが挙げられる。適切な機械的処理としてはさらに、前の処理段階によって始まった原料の内部構造の崩壊を継続させる他の任意の技術が挙げられる。
【０１２９】
特定の特徴、例えば、特定の最大サイズ、特定の長さと幅または特定の表面積比などを有するストリームができるように、機械的な原料調製システムを構成し得る。物理的調製により、反応速度が増大し、コンベアでの原料の移動が向上し、原料の照射プロファイルが向上し、原料の照射均一性が向上し、あるいは原料を分断して処理および／または溶液中の試薬などの試薬の作用を受けやすくするのに必要な処理時間が削減され得る。
【０１３０】
供給原料のかさ密度を調節（例えば、増大）させ得る。いくつかの状況では、かさ密度の低い原料を例えば、原料の密度を高めることによって調製し（例えば、密度を高めることにより、別の場所への輸送を容易にし、そのコストを削減することができる）、のちにその原料をかさ密度の低い状態に戻す（例えば、輸送後）のが望ましい場合がある。原料を例えば、約０．２ｇ／ｃｃ未満から約０．９ｇ／ｃｃ超（例えば、約０．３ｇ／ｃｃ未満から約０．５ｇ／ｃｃ超、約０．３ｇ／ｃｃ未満から約０．９ｇ／ｃｃ超、約０．５ｇ／ｃｃ未満から約０．９ｇ／ｃｃ超、約０．３ｇ／ｃｃ未満から約０．８ｇ／ｃｃ超、約０．２ｇ／ｃｃ未満から約０．５ｇ／ｃｃ超）に密度を高め得る。例えば、Ｍｅｄｏｆｆに対する米国特許第７，９３２，０６５号および国際公開第２００８／０７３１８６号（２００７年１０月２６日に出願され、英語で公開され、米国を指定；開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に開示されている方法および設備によって、原料の密度を高め得る。密度を高めた原料を本明細書に記載のいずれかの方法によって処理しても、本明細書に記載のいずれかの方法によって処理した任意の原料の密度を後で高めてもよい。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、処理する原料は、繊維源を剪断することによって得られた繊維を含む繊維性原料の形態である。例えば、回転ナイフ式切断機で剪断を実施し得る。
【０１３２】
例えば、繊維源、例えば抵抗性のある、あるいは抵抗性のレベルを低下させた繊維源を、例えば回転刃式裁断機で剪断し、第一の繊維性原料を得ることができる。この繊維性原料を第一の篩、例えば平均開口径が１．５９ｍｍ（１／１６インチ、０．０６２５インチ）以下の篩にかけて第二の繊維性原料を得る。必要に応じて、剪断前に細断機で繊維源を切断してもよい。例えば、繊維源として紙を用いる場合、最初に紙をシュレッダ、例えば、Ｍｕｎｓｏｎ社（Ｕｔｉｃａ、Ｎ．Ｙ．）製のシュレッダのような異方向回転スクリュ式のシュレッダで、例えば幅１／４〜１／２インチ（約６．４４ｍｍ〜約１２．７ｍｍ）の細片に切断し得る。細断の別の方法として、ギロチン断裁機を用いて所望の大きさに切断することによって紙の大きさを小さくしてもよい。例えば、ギロチン断裁機を用いて、紙を例えば、幅１０インチ（約２５ｃｍ）、長さ１２インチ（約３０ｃｍ）の紙片に切断することができる。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、繊維源を剪断することと、得られた第一の繊維性原料を第一の篩にかけることを同時に実施する。このほか、剪断と篩にかけることをバッチ型の工程で実施してもよい。
【０１３４】
例えば、回転刃式裁断機を用いて、繊維源を剪断すると同時に第一の繊維性原料を篩にかけ得る。回転刃式裁断機には、繊維源を剪断することにより調製された剪断済みの繊維源を投入することができるホッパーが備わっている。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、糖化および／または発酵の前に供給原料を物理的に処理する。物理的処理は、機械的処理、化学処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解または水蒸気爆砕などの本明細書に記載の処理のいずれか１種類以上を含み得る。これらの技術を２種類、３種類、４種類または全種類（任意の順序で）組み合わせて、処理方法を用い得る。２種類以上の処理方法を用いる場合、その方法を同時に適用しても異なる時間に適用してもよい。このほか、バイオマス供給原料の分子構造を変化させる他の方法を単独で、または本明細書に開示される工程と組み合わせて用いてもよい。
【０１３６】
用い得る機械的処理および機械的に処理した炭水化物含有原料の特徴については、２０１１年１０月１８日に出願された米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７（Ａ１）（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）にさらに詳細に記載されている。
【０１３７】
超音波処理、熱分解、酸化、水蒸気爆砕
必要に応じて、照射に代えて、またはこれに加えて、１つまたは複数の超音波処理、熱分解、酸化または水蒸気爆砕工程を用いて炭水化物含有原料の抵抗性を減少またはさらに減少させ得る。例えば、これらの工程を照射前、照射時および照射後に適用し得る。これらの工程については、Ｍｅｄｏｆｆに対する米国特許第７，９３２，０６５号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に詳細に記載されている。
【０１３８】
中間体および生成物
本明細書に記載される工程を用いて、バイオマス原料をエネルギー、燃料、食料および材料などの１つまたは複数の生成物に変換し得る。例えば、有機酸、有機酸の塩、無水物、有機酸のエステルおよび燃料など、例えば内燃機関の燃料または燃料電池の供給原料などの生成物（例えば、中間体および／または添加剤）がある。本明細書には、入手は容易であるが処理が困難な場合が多いセルロース系および／またはリグノセルロース系原料、例えば、都市廃棄物ストリームおよび古紙ストリーム、例えば新聞紙、クラフト紙、段ボール紙またはその混合物を含むストリームなどを供給原料として使用することができるシステムおよび工程が記載される。
【０１３９】
生成物の具体例としては、特に限定されないが、水素、糖（例えば、グルコース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、二糖、オリゴ糖および多糖）、アルコール（例えば、エタノール、ｎ−プロパノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノールまたはｎ−ブタノールなどの一価アルコールまたは二価アルコール）、水和または含水アルコール（例えば、１０％、２０％、３０％超または４０％超の水を含有するもの）、バイオディーゼル、有機酸、炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパン、イソブテン、ペンタン、ｎ−ヘキサン、バイオディーゼル、バイオガソリンおよびその混合物）、副産物（例えば、セルロース分解タンパク質（酵素）または単細胞タンパクなどのタンパク質）および任意の組合せまたは相対濃度で、また任意選択で任意の添加剤（例えば、添加剤）と組み合わせて、これらのうちのいずれかを組み合わせたものが挙げられる。その他の例としては、カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸とカルボン酸塩の組合せおよびカルボン酸エステル（例えば、メチル、エチルおよびｎ−プロピルエステル）、ケトン（例えば、アセトン）、アルデヒド（例えば、アセトアルデヒド）、アルファおよびベータ不飽和酸（例えば、アクリル酸）ならびにオレフィン（例えば、エチレン）が挙げられる。その他のアルコールおよびアルコール誘導体としては、プロパノール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、糖アルコール（例えば、エリスリトール、グリコール、グリセロール、ソルビトール、トレイトール、アラビトール、リビトール、マンニトール、ズルシトール、フシトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、キシリトールおよびその他のポリオール）ならびに上記アルコールのいずれかのメチルまたはエチルエステルが挙げられる。その他の生成物としては、アクリル酸メチル、メチルメタクリル酸、乳酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、吉草酸、カプロン酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、オレイン酸、リノール酸、グリコール酸、ガンマ−ヒドロキシ酪酸ならびにその混合物、上記酸のいずれかの塩、いずれかの酸とそれぞれの塩の混合物が挙げられる。
【０１４０】
上記生成物同士の組合せおよび／または上記生成物と本明細書に記載の工程もしくは他の方法で製造され得る他の生成物との組合せを一緒に包装し製品として販売し得る。製品は組み合わせたもの、例えば、混合、配合もしくは一緒に溶解させたものであっても、単に一緒に包装または販売されるものであってもよい。
【０１４１】
本明細書に記載の生成物または生成物の組合せはいずれも、製品として販売する前、例えば、精製もしくは単離後または包装後、衛生化または滅菌し、生成物（１つまたは複数）中に存在し得る潜在的に望ましくない夾雑物を失活させ得る。このような衛生管理は、電子衝撃を用いて、約２０Ｍｒａｄ未満、例えば、約０．１〜１５Ｍｒａｄ、約０．５〜７Ｍｒａｄまたは約１〜３Ｍｒａｄの線量で実施し得る。
【０１４２】
本明細書に記載工程によって、プラントの他の部分で使用する（熱電併給）、または自由市場で販売する蒸気および電気を発生させるのに有用な様々な副生成物ストリームが生成され得る。例えば、副生成物ストリームを燃焼させて発生した蒸気を蒸留工程に用いることができる。また別の例として、副生成物を燃焼させて発生した電気を用いて、前処理に使用する電子ビーム発生装置に動力を供給することができる。
【０１４３】
工程全体を通して、多数の入手源から蒸気または電気を発生させるために使用する副生成物が得られる。例えば、廃水の嫌気性消化により、メタンが多く廃棄物バイオマス（スラッジ）の量が少ないバイオガスが生成し得る。また別の例として、糖化後および／または蒸留後の固形物（例えば、前処理および主要工程で残った未変換のリグニン、セルロースおよびヘミセルロース）を使用する、例えば、燃料として燃焼させるができる。
【０１４４】
食品および医薬品を含めたその他の中間体および生成物については、２０１０年５月２０日に公開されたＭｅｄｏｆｆに対する米国特許出願公開第２０１０／０１２４５８３号（Ａ１）（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１４５】
リグニン由来生成物
記載される方法によってリグノセルロース処理から得られる使用済みバイオマス（例えば、使用済みリグノセルロース系原料）はリグニン含有量が多く、コジェネレーションプラントで燃焼させてエネルギーを生産するのに有用であることに加えて、それ以外にも価値ある生成物としての用途を有し得ると予想される。例えば、リグニンをプラスチックとして捕捉し使用する、または合成的に他のプラスチックに質を高めることができる。いくつかの場合には、リグノスルホン酸に変換してもよく、これを結合剤、分散剤、乳化剤または捕捉剤として使用し得る。
【０１４６】
結合剤として使用する場合、リグニンまたはリグノスルホン酸を例えば、成型炭に入れて、セラミックに入れて、カーボンブラックの結合に、肥料と除草剤の結合に、粉塵抑制剤として、合板および削片板の作製に、動物飼料の結合に、ガラス繊維の結合剤として、リノリウムペーストの結合剤として、および土壌安定剤として使用し得る。
【０１４７】
分散剤として使用する場合、リグニンまたはリグノスルホン酸を例えば、コンクリート混合物、粘土およびセラミック、染料および顔料、革なめしならびにセッコウ板に使用し得る。
【０１４８】
乳化剤として使用する場合、リグニンまたはリグノスルホン酸を例えば、アスファルト、顔料および染料、農薬ならびにワックス乳剤に使用し得る。
【０１４９】
捕捉剤としては、リグニンまたはリグノスルホン酸を例えば、微量栄養素システム、洗浄化合物および水処理システム、例えばボイラーおよび冷却システムに使用し得る。
【０１５０】
エネルギー生産に関しては、リグニンはホモセルロース（ｈｏｍｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）よりも炭素を多く含むため、一般にホロセルロース（セルロースおよびヘミセルロース）よりもエネルギー含有量が多い。例えば、乾燥リグニンのエネルギー含有量は、ホロセルロースが１ポンド（約０．４５ｋｇ）当たり７，０００〜８，０００ＢＴＵ（約７，４００〜約８，４００ｋＪ）であるのに対し、１ポンド（約０．４５ｋｇ）当たり約１１，０００〜１２，５００ＢＴＵ（約１１，６００〜約１３，１００ｋＪ）となり得る。このため、リグニンの密度を高め、燃焼用の練炭およびペレットに変換することができる。例えば、本明細書に記載される方法によってリグニンをペレットに変換することができる。ペレットまたは練炭の燃焼を遅くするには、線量約０．５Ｍｒａｄ〜５Ｍｒａｄの放射線を照射するなどしてリグニンを架橋することができる。架橋は、より遅い燃焼の形状因子となり得る。ペレットまたは練炭などの形状因子は、空気の不在下、例えば４００〜９５０℃で熱分解させることによって、「合成石炭」または木炭に変換することができる。熱分解の前にリグニンを架橋して構造統合性を維持するのが望ましいこともある。
【０１５１】
糖化
供給原料を容易に処理が可能な形態に変換するために、糖化剤、例えば酵素または酸、糖化と呼ばれる過程によって、供給原料中のグルカン含有またはキシラン含有セルロースを糖などの低分子量炭水化物に加水分解し得る。次いで、低分子量炭水化物を例えば、単細胞タンパク質工場、酵素製造プラントまたは燃料プラント、例えばエタノール製造施設などの既存の製造プラントで使用し得る。
【０１５２】
酵素を用いて、例えば、溶液、例えば水溶液中で原料と酵素を一緒にすることによって供給原料を加水分解し得る。
【０１５３】
あるいは、バイオマスのセルロースおよび／またはリグニン部分などのバイオマスを分解するか、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼまたは様々な小分子のバイオマス分解代謝産物を含有もしくは生成する生物体によって、酵素を供給してもよい。このような酵素は、相乗的に作用してバイオマスの結晶セルロースまたはリグニン部分を分解する酵素の複合体であり得る。セルロース分解酵素の例としては、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼおよびセロビアーゼ（ベータ−グルコシダーゼ）が挙げられる。
【０１５４】
糖化の過程では、最初にセルロース基質がランダムな位置でエンドグルカナーゼによって加水分解され、オリゴマー中間体が生成する。次いで、この中間体がセロビオヒドロラーゼなどのエキソ分解性のグルカナーゼの基質となり、セルロースポリマーの末端からセロビオースが生成する。セロビオースは水溶性の１，４結合したグルコース二量体である。最後にセロビアーゼがセロビオースを分解しグルコースが生じる。この過程の効率（例えば、加水分解に要する時間および／または加水分解の完全度）は、セルロース系原料の抵抗性によって左右される。
【０１５５】
したがって、一般には原料とセルラーゼ酵素を液体媒体、例えば水溶液中で一緒にすることによって、処理済みバイオマス原料を糖化し得る。いくつかの場合には、２０１２年４月２６日に公開されたＭｅｄｏｆｆおよびＭａｓｔｅｒｍａｎによる米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７号（Ａ１）（内容全体が本明細書に組み込まれる）に記載されているように、糖化の前に原料を熱湯でゆでるか、熱湯に浸けるか、熱湯で加熱する。
【０１５６】
糖化工程は、一部もしく全部を製造プラント内のタンク（例えば、容積が少なくとも４０００、４０，０００または５００，０００Ｌのタンク）で実施してよく、かつ／または一部もしくは全部を、例えば鉄道車両、タンカートラックまたは超大型タンカーもしくは船倉中で、輸送中に実施してよい。完全な糖化に必要な時間は、工程条件ならびに使用する炭水化物含有原料および酵素によって左右される。糖化を製造プラントで制御された条件下で実施する場合、セルロースは約１２〜９６時間で実質的に完全に糖、例えばグルコースに変換され得る。糖化の一部または全部を輸送に実施する場合、糖化に要する時間はこれより長くなり得る。
【０１５７】
糖化する際には一般に、２０１０年５月１８日に出願、国際公開第２０１０／１３５３８０号として英語で公開され、米国特許第を指定した国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３５３３１号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、噴流混合を用いてタンクの内容物を混合するのが好ましい。
【０１５８】
界面活性剤の添加によって糖化の速度が増大し得る。界面活性剤の例としては、Ｔｗｅｅｎ（登録商標）２０またはＴｗｅｅｎ（登録商標）８０ポリエチレングリコール界面活性剤などの非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤または両性界面活性剤が挙げられる
【０１５９】
糖化により得られる糖溶液の濃度は一般に、比較的高濃度である、例えば、４０重量％超または５０重量％超、６０重量％超、７０重量％超、８０重量％超、９０重量％超もしくはまたは場合によっては９５重量％超であるのが好ましい。水分を、例えば蒸発によって除去し、糖濃度の濃度を増大させ得る。これにより輸送量が少なくなり、溶液中での微生物増殖も抑えられる。
【０１６０】
あるいは、比較的低濃度の糖溶液を使用してもよく、この場合、抗菌添加剤、例えば広域抗生物質を低濃度、例えば５０〜１５０ｐｐｍで加えるのが望ましいことがある。その他の適切な抗生物質としては、アンホテリシンＢ、アンピシリン、クロラムフェニコール、シプロフロキサシン、ゲンタマイシン、ヒグロマイシンＢ、カナマイシン、ネオマイシン、ペニシリン、ピューロマイシン、ストレプトマイシンが挙げられる。抗生物質は輸送および保管時の微生物増殖を抑制し、しかるべき濃度、例えば１５〜１０００重量ｐｐｍ、例えば２５〜５００ｐｐｍまたは５０〜１５０ｐｐｍで使用され得る。糖濃度が比較的高い場合でも、必要に応じて抗生物質を加えることができる。あるいは、保存特性のある他の抗菌添加剤を使用してもよい。抗菌添加剤（１つまたは複数）は食品用であるのが好ましい。
【０１６１】
酵素とともに炭水化物含有原料に添加される水分量を抑えることによって、比較的高濃度の溶液を得ることができる。濃度は、例えば、糖化が生じる程度を制御することによって制御され得る。例えば、溶液に加える炭水化物含有原料を増量することによって、濃度を増大させ得る。溶液中に生成する糖を保持するために、界面活性剤、例えば上記界面活性剤のうちの１つを加え得る。ほかにも、溶液の温度を高くすることによって溶解度を増大させ得る。例えば、溶液を４０〜５０℃、６０〜８０℃またはそれ以上の温度に維持し得る。
【０１６２】
糖化剤
適切なセルロース分解酵素としては、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属、コプリナス（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ）属、ミセリオフトラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ）属、セファロスポリウム（Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ）属、シタリジウム（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ）属、ペニシリウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、ヒューミコラ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）属、フサリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属、チエラビア（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ）属、アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）属、クリソスポリウム（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）属およびトリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属の種由来のセルラーゼ、特にアスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）種（例えば、欧州特許第０４５８１６２号を参照されたい）、ヒューミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ）（シタリジウム・サーモフィラム（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ）として再分類された；例えば、米国特許第４，４３５，３０７号を参照されたい）、ネナガヒトヨタケ（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ  ｃｉｎｅｒｅｕｓ）、フサリウム・オキシスポラム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）、ミセリオフトラ・サーモフィラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）、トンビマイタケ（Ｍｅｒｉｐｉｌｕｓ  ｇｉｇａｎｔｅｕｓ）、チエラビア・テレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）、アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）種（特に限定されないが、Ａ．ペルシシナム（Ａ．ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ）、Ａ．アクレモニウム（Ａ．ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）、Ａ．ブラキペニウム（Ａ．ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ）、Ａ．ジクロモスポラム（Ａ．ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ）、Ａ．オブクラバタム（Ａ．ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ）、Ａ．ピンケルトニエ（Ａ．ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ）、Ａ．ロセオグリセウム（Ａ．ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ）、Ａ．インコロラタム（Ａ．ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ）およびＡ．フラタム（Ａ．ｆｕｒａｔｕｍ）を含む）の種から選択される菌株によって産生されるセルロース分解酵素が挙げられる。好ましい菌株としては、ヒューミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ）ＤＳＭ１８００、フサリウム・オキシスポラム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）ＤＳＭ２６７２、ミセリオフトラ・サーモフィラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）ＣＢＳ１１７．６５、セファロスポリウム（Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ）種ＲＹＭ−２０２、アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）種ＣＢＳ  ４７８．９４、アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）種ＣＢＳ  ２６５．９５、アクレモニウムペルシシナム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ）ＣＢＳ１６９．６５、アクレモニウム・アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）ＡＨＵ９５１９、セファロスポリウム（Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ）種ＣＢＳ５３５．７１、アクレモニウム・ブラキペニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ）ＣＢＳ８６６．７３、アクレモニウム・ジクロモスポラム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ）ＣＢＳ６８３．７３、アクレモニウム・オブクラバタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ）ＣＢＳ３１１．７４、アクレモニウム・ピンケルトニエ（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ）ＣＢＳ１５７．７０、アクレモニウム・ロセオグリセウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ）ＣＢＳ１３４．５６、アクレモニウム・インコロラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ）ＣＢＳ１４６．６２およびアクレモニウム・フラタム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ  ｆｕｒａｔｕｍ）ＣＢＳ２９９．７０Ｈが挙げられる。このほか、クリソスポリウム（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）、好ましくはクリソスポリウム・ラックノウェンス（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ  ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ）の菌株からセルロース分解酵素を得てもよい。使用できるほかの菌株としては、特に限定されないが、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）（特にＴ．ｖｉｒｉｄｅ、Ｔ．リーセイ（Ｔ．ｒｅｅｓｅｉ）およびＴ．コニンギィ（Ｔ．ｋｏｎｉｎｇｉｉ）、好アルカリ性バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）（例えば、米国特許第３，８４４，８９０号および欧州特許第０４５８１６２号を参照されたい）およびストレプトミセス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）（例えば、欧州特許第０４５８１６２号を参照されたい）が挙げられる。
【０１６３】
酵素に加えて、またはこれと組み合わせて、酸、塩基をはじめとする化学物質（例えば、酸化体）を用いてリグノセルロース系およびセルロース系原料を糖化し得る。これらは任意の組合せまたは配列で（例えば、酵素の添加前、添加後および／または添加時）に使用することができる。例えば、強鉱酸（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４）および強塩基（例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ）を用いることができる。
【０１６４】
糖
本明細書に記載の工程で、例えば糖化後、糖（例えば、グルコースおよびキシロース）を単離し得る。例えば、沈殿、結晶化、クロマトグラフィー（例えば、擬似移動層式クロマトグラフィー、高圧クロマトグラフィー）、遠心分離、抽出、当該技術分野で公知の他の任意の単離方法およびその組合せによって糖を単離し得る。
【０１６５】
水素化およびその他の化学変換
本明細書に記載の工程には水素化が含まれ得る。例えば、グルコースおよびキシロースをそれぞれソルビトールおよびキシリトールに水素化し得る。水素化は、高圧下（例えば、１０〜１２０００ｐｓｉ（約６９ｋＰａ〜約８．３×１０４ｋＰａ）、約１００〜１０，０００ｐｓｉ（約６９０〜６９，０００ｋＰａ）、触媒（例えば、Ｐｔ／ガンマ−Ａｌ２０３、Ｒｕ／Ｃ、ラネーニッケルをはじめとする当業者に公知の触媒）をＨ２と組み合わせて用いることによって実施し得る。本明細書に記載の工程で得られた生成物の他の種類の化学変換、例えば、有機糖由来の生成物（例えば、フルフラールおよびフルフラール由来の生成物）の生成を用いてもよい。糖由来生成物の化学変換については、２０１３年７月３日に出願された米国特許出願第１３／９３４，７０４（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１６６】
発酵
酵母およびザイモモナス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）菌を例えば、糖（１つまたは複数）からアルコール（１つまたは複数）への発酵または変換に用い得る。その他の微生物については以下で論じる。発酵の最適は約ｐＨ４〜７である。例えば、酵母の最適ｐＨはｐＨ約４〜５であり、ザイモモナス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）の最適ｐＨはｐＨ約５〜６である。典型的な発酵時間は、２０℃〜４０℃（例えば、２６℃〜４０℃）の範囲の温度で約２４〜１６８時間（例えば、２４〜９６時間）であるが、好熱性微生物はこれよりも高い温度を好む。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、例えば、嫌気性生物を使用する場合、発酵の少なくとも一部は無酸素下で、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｃ０２またはその混合物などの不活性ガスで覆って発酵を実施するのが好ましい。さらに、発酵の一部の時間または発酵時間全体を通して、タンクに不活性ガスを流し混合物にパージし続けてもよい。いくつかの場合には、発酵時の二酸化炭素発生によって嫌気性条件が得られ、追加の不活性ガスを必要としない。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、低分子量の糖が完全に生成物（例えば、エタノール）に変換される前に発酵工程の全部または一部を中断し得る。中間発酵生成物には糖および炭水化物が高濃度で含まれる。糖および炭水化物は、当該技術分野で公知の任意の手段によって単離され得る。この中間発酵生成物をヒトまたは動物が摂取する食物の調製食糧の調製に用い得る。上記のものに代えてまたは加えて、中間発酵生成物をステンレス製の実験室用ミルで微細な粒子径になるまで粉砕し、粉末状の物質を作製してもよい。発酵中に噴流混合を用いてもよく、いくつかの場合には、糖化と発酵を同じタンク内で実施する。
【０１６９】
糖化および／または発酵中に微生物のための栄養素、例えば、２０１１年７月１５日に出願された米国特許出願公開第２０１２／００５２５３６号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている飼料ベースの栄養素パッケージを添加してもよい。
【０１７０】
「発酵」には、２０１３年６月２７日に公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１０９３号、２０１２年６月２７日に公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１９０７号および２０１２年６月２７日に公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１０８３号（内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）に開示されている方法および生成物が含まれる。
【０１７１】
国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７４０２８号（２００７年７月２０日に出願され、国際公開第２００８／０１１５９８号として英語で公開され、米国が指定されている）に記載されている移動式の発酵槽を用いてもよく、これは米国発行済み特許第８，３１８，４５３号を有するものであり、その内容全体が本明細書に組み込まれる。同様に、糖化設備が移動式のものであってもよい。さらに、輸送中に糖化および／または発酵の一部または全部を実施してもよい。
【０１７２】
発酵剤
発酵に用いる微生物（１つまたは複数）は、天然の微生物および／または組換え微生物であり得る。例えば、微生物は細菌（特に限定されないが、例えばセルロース分解細菌が挙げられる）、真菌（特に限定されないが、例えば酵母が挙げられる）、植物、原生生物、例えば、原生動物もしくは真菌様原生生物（特に限定されないが、例えば粘菌が挙げられる）または藻であり得る。生物体に適合性がある場合、生物体の混合物を用いてもよい。
【０１７３】
適切な発酵微生物は、グルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、オリゴ糖または多糖などの炭水化物を発酵生成物に変換する能力を有するものである。発酵微生物としては、サッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）種（特に限定されないが、Ｓ．セレビシエ（Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（パン酵母）、Ｓ．ディスタティカス（Ｓ．ｄｉｓｔａｔｉｃｕｓ）、Ｓ．ウバラム（Ｓ．ｕｖａｒｕｍ）が挙げられる）属、クリベロミセス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ）属（特に限定されないが、Ｋ．マルキシアヌス（Ｋ．ｍａｒｘｉａｎｕｓ）、Ｋ．フラギリス（Ｋ．ｆｒａｇｉｌｉｓ）が挙げられる）、カンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属（特に限定されないが、Ｃ．シュードトロピカリス（Ｃ．ｐｓｅｕｄｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）およびＣ．ブラッシカ（Ｃ．ｂｒａｓｓｉｃａｅ）が挙げられる）、ピキア・スティピティス（Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｔｉｓ）（カンジダ・シェハタエ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｓｈｅｈａｔａｅ）の近縁種）、クラビスポラ（Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ）属（特に限定されないが、Ｃ．ルシタニエ（Ｃ．ｌｕｓｉｔａｎｉａｅ）およびＣ．オプンチエ（Ｃ．ｏｐｕｎｔｉａｅ）が挙げられる）、パキソレン（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ）属（特に限定されないが、Ｐ．タンノフィラス（Ｐ．ｔａｎｎｏｐｈｉｌｕｓ）が挙げられる）、ブレタノミセス（Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ）属（特に限定されないが、例えば、Ｂ．クラウセニ（Ｂ．ｃｌａｕｓｅｎｉｉ）（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，Ｇ．Ｐ．，１９９６，Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｗｙｍａｎ，Ｃ．Ｅ．（編），Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，１７９−２１２））の菌株が挙げられる。その他の適切な微生物としては、例えば、ザイモモナス・モビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ  ｍｏｂｉｌｉｓ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）種（特に限定されないが、Ｃ．サーモセラム（Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ）（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，１９９６，上記）、Ｃ．サッカロブチルアセトニカム（Ｃ．ｓａｃｃｈａｒｏｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ）、Ｃ．チロブチリカム（Ｃ．ｔｙｒｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）、Ｃ．サッカロブチリカム（Ｃ．ｓａｃｃｈａｒｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）、Ｃ．プニセウム（Ｃ．Ｐｕｎｉｃｅｕｍ）、Ｃ．ベイジェリンキ（Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｎｃｋｉｉ）およびＣ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ））、モニリエラ（Ｍｏｎｉｌｉｅｌｌａ）種（特に限定されないが、Ｍ．ポリニス（Ｍ．ｐｏｌｌｉｎｉｓ）、Ｍ．トメントーサ（Ｍ．ｔｏｍｅｎｔｏｓａ）、Ｍ．マディダ（Ｍ．ｍａｄｉｄａ）、Ｍ．ニグレセンス（Ｍ．ｎｉｇｒｅｓｃｅｎｓ）、Ｍ．オエドセファリ（Ｍ．ｏｅｄｏｃｅｐｈａｌｉ）、Ｍ．メガチリエンシス（Ｍ．ｍｅｇａｃｈｉｌｉｅｎｓｉｓ）を含む）、ヤロウイア・リポリティカ（Ｙａｒｒｏｗｉａ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）、アウレオバシジウム（Ａｕｒｅｏｂａｓｉｄｉｕｍ）種、トリコスポロノイデス（Ｔ���ｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎｏｉｄｅｓ）種、トリゴノプシス・バリアビリス（Ｔｒｉｇｏｎｏｐｓｉｓ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）、トリコスポロン（Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ）種、モニリエラアセトアブタンス（Ｍｏｎｉｌｉｅｌｌａａｃｅｔｏａｂｕｔａｎｓ）種、チフラ・バリアビリス（Ｔｙｐｈｕｌａ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）、カンジダ・マグノリエ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｍａｇｎｏｌｉａｅ）、クロボキン（Ｕｓｔｉｌａｇｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）種、シュードザイマ・ツクバエンシス（Ｐｓｅｕｄｏｚｙｍａ  ｔｓｕｋｕｂａｅｎｓｉｓ）、ザイゴサッカロミセス（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属、デバリオミセス（Ｄｅｂａｒｙｏｍｙｃｅｓ）属、ハンセヌラ（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）属およびピキア（Ｐｉｃｈｉａ）属の酵母種ならびにデマチオイド（ｄｅｍａｔｉｏｉｄ）のトルラ（Ｔｏｒｕｌａ）属の真菌（例えば、Ｔ．コラリナ（Ｔ．ｃｏｒａｌｌｉｎａ））が挙げられる。
【０１７４】
このような微生物菌株の多くが、購入するか寄託機関、数例挙げるとＡＴＣＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ、Ｍａｎａｓｓａｓ、Ｖｉｒｇｉｎｉａ、ＵＳＡ）、ＮＲＲＬ（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，Ｐｅｏｒｉａ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，ＵＳＡ）またはＤＳＭＺ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ  Ｓａｍｍｌｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ  ｕｎｄ  Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ  ＧｍｂＨ，Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）などを通して公的に入手可能なものである。
【０１７５】
市販の酵母としては、例えば、ＲＥＤ  ＳＴＡＲ（登録商標）／Ｌｅｓａｆｆｒｅ  Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｒｅｄ（Ｒｅｄ  Ｓｔａｒ／Ｌｅｓａｆｆｒｅ社（米国）から入手可能）、ＦＡＬＩ（登録商標）（Ｂｕｒｎｓ  Ｐｈｉｌｉｐ  Ｆｏｏｄ社（米国）の一部門、Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓ  Ｙｅａｓｔから入手可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）（Ａｌｌｔｅｃｈ社（現Ｌａｌｅｍａｎｄ社）から入手可能）、ＧＥＲＴ  ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（Ｇｅｒｔ  ＳＴＲＡＮＤ  ＡＢ社（スウェーデン）から入手可能）およびＦＥＲＭＯＬ（登録商標）（ＤＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社から入手可能）が挙げられる。
【０１７６】
蒸留
発酵後、得られた液体を、例えば「ビアカラム」を用いて蒸留し、エタノールをはじめとするアルコールと水および固形残留物の大部分とを分離し得る。蒸留は（例えば、溶液中の糖などの生成物の分解を抑えるため）真空下で実施され得る。ビアカラムから出る蒸気は、例えば、３５重量％（例えば、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％または少なくとも９０重量％）のエタノールであり得、精留カラムへ送られ得る。気相分子篩を用いて、ほぼ共沸性の（例えば、少なくとも約９２．５％）のエタノールと精留カラムの水の混合物が純粋な（少なくとも約９９．５％または場合によっては約１００％の）エタノールに精製され得る。ビアカラムの残液は三重効用蒸発缶の第一効用缶へ送られ得る。精留カラムの還流冷却器により、この効用缶に熱が加えられ得る。第一効用缶の後、遠心分離を用いて固体を分離し、回転乾燥機で乾燥させ得る。遠心分離の排出液の一部（２５％）は発酵に再利用し、残りは蒸発缶の第二および第三効用缶へ送られ得る。蒸発缶の濃縮物のほとんどは、きわめて清浄な濃縮物として工程に戻すことができ、ごく一部のものは、低沸点化合物の蓄積の防ぐため分離して廃水処理に回す。
【０１７７】
炭化水素含有原料
本明細書に記載される方法およびシステムを用いる他の実施形態では、炭化水素含有原料を処理し得る。本明細書に記載される任意の工程を用いて、本明細書に記載される任意の炭化水素含有原料を処理することができる。本明細書で使用される「炭化水素含有原料」は、オイルサンド、オイルシェール、タールサンド、炭粉、石炭スラリー、ビチューメン、様々な種類の石炭をはじめとする炭化水素成分と固形分の両方を含む天然原料および合成原料を包含するものとする。固形分には、岩、砂、粘土、石、沈泥、掘削スラリーをはじめとする有機および／または無機固形分が含まれ得る。この用語はほかにも、掘削の廃棄物および副生成物、精製の廃棄物および副生成物をはじめとする炭化水素成分含有廃棄物などの廃棄物、例えばアスファルトシングルおよびアスファルトカバー、アスファルト舗装などを包含し得る。
【０１７８】
本明細書に記載される方法およびシステムを用いるまた別の実施形態では、木材および木材含有製品を処理し得る。例えば、材木製品、例えば、板、シート、積層物、梁、削片板、複合材料、荒切り木材、軟材および硬材を処理し得る。さらに、間材、低木、木片、おがくず、根、樹皮、断端、分解された木材をはじめとする木材含有バイオマス原料を処理し得る。
【０１７９】
運搬システム
様々な運搬システムを用いてバイオマス原料を例えば、ボールトまたはボールト内の電子ビーム下に運搬し得る。例示的な運搬装置には、ベルトコンベア、空気コンベア、スクリューコンベア、カート、列車、レール上の列車またはカート、エレベータ、フロントローダ、バックホー、クレーン、様々なスクレーパおよびショベル、トラックがあり、投入装置を用い得る。例えば、本明細書に記載される様々な工程に振動コンベアを用い得る。振動コンベアについては、２０１３年１０月１０日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／６４２８９号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１８０】
任意選択で、１つまたは複数の運搬システムを取り囲んでもよい。囲いを用いる場合ほかにも、空気の酸素レベルを低く維持するため、囲まれたコンベアに不活性ガスをパージしてもよい。酸素レベルを低く維持することにより、反応性および毒性を理由に望ましくないこともあるオゾンの形成が回避される。例えば、酸素は約２０％未満（例えば、酸素が約１０％未満、約１％未満、約０．１％未満、約０．０１％または場合によっては約０．００１％未満）であり得る。パージングは、特に限定されないが、窒素、アルゴン、ヘリウムまたは二酸化炭素を含めた不活性ガスを用いて実施し得る。不活性ガスは、液体源（例えば、液体窒素またはヘリウム）のボイルオフから供給するか、空気からその場で発生もしくは分離させるか、タンクから供給し得る。不活性ガスは再循環させてもよく、銅触媒床などの触媒を用いて残存酸素を除去してもよい。あるいは、パージング、再循環および酸素除去を組み合わせて実施して、酸素レベルを低く維持してもよい。
【０１８１】
囲まれたコンベアにはほかにも、バイオマスと反応し得る反応性ガスをパージしてもよい。このパージは照射工程の実施前、実施時または実施後に実施し得る。反応性ガスは、特に限定されないが、亜酸化窒素、アンモニア、酸素、オゾン、炭化水素、芳香族化合物、アミド、過酸化物、アジド、ハロゲン化物、オキシハライド、リン化物、ホスフィン、アルシン、スルフィド、チオール、ボランおよび／または水素化物であり得る。反応性ガスは、それがバイオマスと反応するように、囲いの中で例えば、照射（例えば、電子ビーム、ＵＶ照射、マイクロ波照射、加熱、ＩＲ照射）によって活性化させ得る。バイオマスそのものを例えば照射によって活性化させてもよい。バイオマスを電子ビームにより活性化させてラジカルを発生させ、次いでこれが、例えばラジカルカップリングまたはラジカルクエンチングによって、活性化または不活性化状態の反応性ガスと反応するのが好ましい。
【０１８２】
このほか、囲まれたコンベアに供給されるパージングガスを例えば、約２５℃未満、約０℃未満、約−４０℃未満、約−８０℃未満、約−１２０℃未満に冷却してもよい。例えば、ガスを液体窒素などの圧縮ガスからボイルオフさせるか、固体二酸化炭素から昇華させ得る。また別の例では、冷却機によってガスを冷却するか、コンベアの一部または全体を冷却し得る。
【０１８３】
その他の実施形態
本明細書に記載される任意の原料、工程または処理済み原料を用いて、生成物および／または中間体、例えば複合材料、充填剤、結合剤、プラスチック添加剤、吸着剤および放出制御剤などを作製し得る。この方法は、例えば原料への加圧および加熱による高密度化処理を含み得る。例えば、繊維性原料と樹脂またはポリマーとを組み合わせることによって複合材料を作製し得る。例えば、照射架橋樹脂、例えば熱可塑性樹脂と繊維性原料とを組み合わせて、繊維性原料／架橋性樹脂の組合せが得られる。このような材料は、例えば、建築材料、保護シート、容器をはじめとする構造材料（例えば、成形物および／または押出物）として有用であり得る。吸収剤は例えば、ペレット、チップ、繊維および／またはシートの形態であり得る。吸着剤は例えば、ペット床敷、包装材料として、または公害防止システムに使用され得る。放出制御マトリックスは例えば、ペレット、チップ、繊維またはシートの形態であり得る。放出制御マトリックスは例えば、薬物、殺生物剤、香料を放出させるのに使用され得る。例えば、複合材料、吸収剤および放出制御剤およびその使用については、２００６年３月２３日に出願された米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０６４８号および２０１１年１１月２２日に出願された米国特許第８，０７４，９１０号（開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１８４】
いくつかの場合には、バイオマス原料を、例えば加速電子を用いて、第一のレベルで処理して抵抗性を減少させ、１つまたは複数の糖（例えば、キシロース）を選択的に放出させる。次いで、バイオマスを第二のレベルで処理して１つまたは複数の他の糖（例えば、グルコース）を放出させ得る。任意選択で、処理と処理の間にバイオマスを乾燥させてもよい。処理は、化学的処理および生化学的処理を加えて糖を放出させること含み得る。例えば、バイオマス原料を約２０Ｍｒａｄ未満（例えば、約１５Ｍｒａｄ未満、約１０Ｍｒａｄ未満、約５Ｍｒａｄ未満、約２Ｍｒａｄ未満）のレベルで処理し、次いで、硫酸を１０％未満（例えば、約９％未満、約８％未満、約７％未満、約６％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満、約１％未満、約０．７５％未満、約０．５０％未満、約０．２５％未満）含有する硫酸用液で処理して、キシロースを放出させる。例えば溶液中に放出されたキシロースを固形物から分離し、任意選択で、溶媒／溶液（例えば、水および／または酸性化した水）で固形物を洗浄し得る。任意選択で、例えば空気中および／または真空下で、任意選択で加熱（例えば、約１５０℃未満、約１２０℃未満）しながら、水分含有量が約２５重量％未満（約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％）になるまで固形物を乾燥させてもよい。次いで、固形物を約３０Ｍｒａｄ未満（例えば、約２５Ｍｒａｄ未満、約２０Ｍｒａｄ未満、約１５Ｍｒａｄ未満、約１０Ｍｒａｄ未満、約５Ｍｒａｄ未満、約１Ｍｒａｄ未満または場合によっては全くなし）のレベルで処理し、次いで、酵素（例えば、セルラーゼ）で処理してグルコースを放出させ得る。グルコース（例えば、溶液中のグルコース）を残りの固形物から分離し得る。次いで、固形物をさらに処理し、例えば、エネルギーをはじめとする他の生成物（例えば、リグニン由来生成物）の作製に用い得る。
【０１８５】
香味料、香料および着色料
例えば本明細書に記載される工程システムおよび／または設備によって作製される、本明細書に記載されるいずれかの生成物および／または中間体を香味料、香料、着色料および／またはその混合物と組み合わせ得る。例えば、（任意選択で、香味料、香料および／または着色料とともに）糖、有機酸、燃料、ポリオール、例えば糖アルコールなど、バイオマス、繊維および複合材料のいずれか１つまたは複数のものを組み合せて（例えば、製剤化して、混合して、または反応させて）または用いて、他の生成物を作製し得る。例えば、１つまたは複数のこのような生成物を用いて、石鹸、界面活性剤、キャンディ、飲料（例えば、コーラ、ワイン、ビール、ジンまたはウォッカなどの酒類、スポーツ飲料、コーヒー、茶）、医薬品、接着剤、シート（例えば、織布、不織布、繊維、ティッシュ）および／または複合材料（例えば、板）を作製し得る。例えば、１つまたは複数のこのような生成物をハーブ、花、花弁、スパイス、ビタミン、ポプリまたはキャンドルと組み合わせ得る。例えば、製剤化、混合または反応済みの組合せは、グレープフルーツ、オレンジ、リンゴ、ラズベリー、バナナ、レタス、セロリ、シナモン、チョコレート、バニラ、ペパーミント、ミント、オニオン、ガーリック、コショウ、サフラン、ショウキョウ、ミルク、ワイン、ビール、茶、牛赤身肉、魚、ハマグリ、オリーブ油、ココナッツ脂、豚脂、バター脂、ビーフブイヨン、莢果、ジャガイモ、マーマレード、ハム、コーヒーおよびチーズの香味／香を有し得る。
【０１８６】
任意の量、例えば約０．００１重量％〜約３０重量％など、例えば約０．０１〜約２０重量％、約０．０５〜約１０重量％または約０．１重量％〜５重量％の香味料、香料および着色料を添加し得る。これらは、任意の手段によって任意の順序または配列で（例えば、攪拌、混合、乳化、ゲル化、注入、加熱、超音波処理および／または懸濁して）、（例えば、本明細書に記載される生成物または中間体のうちのいずれか１つまたは複数と）製剤化し、混合し、かつ／または反応させ得る。このほか、充填剤、結合剤、乳化剤、抗酸化剤、例えばタンパク質ゲル、デンプンおよびシリカを用い得る。
【０１８７】
一実施形態では、照射によって生じた反応部位が香味料、香料および着色料の適合する反応部位と反応し得るように、バイオマスに照射した直後に香味料、香料および着色料をバイオマスに添加し得る。
【０１８８】
香味料、香料および着色料は、天然物質および／または合成物質であり得る。これらの物質は、化合物、組成物またはその混合物のうちの１つまたは複数のもの（例えば、複数の化合物の製剤化した組成物または天然の組成物）であり得る。任意選択で、香味料、香料、抗酸化剤および着色料は、例えば発酵工程（例えば、本明細書に記載される糖化原料の発酵）から生物学的に得られるものであり得る。上記のものに代えて、またはこれに加えて、これらの香味料、香料および着色料は、生物体（例えば、植物、真菌、動物、細菌または酵母）全体または生物体の一部分から採取されるものであり得る。本明細書に記載される方法、システムおよび設備、熱水抽出、超臨界流体抽出、化学抽出（例えば、溶媒抽出または酸と塩基を含む反応抽出）、機械的抽出（例えば、圧搾、破砕、ろ過）の利用、酵素の利用、細菌を用いた出発物質の分解などおよび上記の方法の組合せを含めた任意の手段によって、生物体を収集および／抽出して着色料、香味料、香料および／または抗酸化剤を得ることができる。化合物は、化学反応、例えば糖（例えば、本明細書に記載される通りに得られるもの）とアミノ酸との組合せ（メイラード反応）によって得られるものであり得る。香味料、香料、抗酸化剤および／または着色料は、本明細書に記載される方法、設備またはシステムのほか、例えばエステルおよびリグニン由来生成物によって作製される中間体および／または生成物であり得る。
【０１８９】
香味料、香料または着色料の一部の例としてポリフェノールがある。ポリフェノールは、多くの果物、野菜、穀物粒および花の赤色、紫色および青色の着色に関与する色素である。ポリフェノールには抗酸化特性もあり、苦味があることも多い。抗酸化特性があることから、ポリフェノールは重要な保存剤となる。ポリフェノールの種類には、アントシアニジンなどのフラボノイド、フラバノノール、フラバン−３−オール、フラバノンおよびフラバノノールがある。使用し得るその他のフェノール化合物としては、フェノール酸およびそのエステル、例えばクロロゲン酸および重合タンニンが挙げられる。
【０１９０】
着色料のうち、無機化合物、鉱物または有機化合物、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、カドミウムイエロー（例えば、ＣｄＳ）、カドミウムオレンジ（例えば、Ｓｅをいくらか含むＣｄＳ）、アリザリンクリムソン（例えば、合成または非合成ローズマダー）、ウルトラマリン（例えば、合成ウルトラマリン、天然ウルトラマリン、合成ウルトラマリンバイオレット）、コバルトブルー、コバルトイエロー、コバルトグリーン、ビリジアン（例えば、水和酸化クロム（ＩＩＩ））、黄銅鉱、コニカル石、コルヌビア石、コーンウォール石およびリロコン石を使用し得る。カーボンブラックおよび自己分散ブラックなどの黒色顔料を使用してもよい。
【０１９１】
用い得る一部の香味料および香料としては、アカレア（ＡＣＡＬＥＡ）ＴＢＨＱ、アセト（ＡＣＥＴ）Ｃ−６、アリルアミルグリコラート、アルファテルピネオール、アンブレットリド、アンブリノール９５、アンドラン（ＡＮＤＲＡＮＥ）、アフェルマート（ＡＰＨＥＲＭＡＴＥ）、アップルライド（ＡＰＰＬＥＬＩＤＥ）、ＢＡＣＤＡＮＯＬ（登録商標）、ベルガマール（ＢＥＲＧＡＭＡＬ）、ベータイオノンエポキシド、ベータナフチルイソ−ブチルエーテル、ビシクロノナラクトン、ＢＯＲＮＡＦＩＸ（登録商標）、カントキサール、ＣＡＳＨＭＥＲＡＮ（登録商標）、ＣＡＳＨＭＥＲＡＮ（登録商標）ベルベット（ＶＥＬＶＥＴ）、ＣＡＳＳＩＦＦＩＸ（登録商標）、セドラフィックス（ＣＥＤＲＡＦＩＸ）、ＣＥＤＲＡＭＢＥＲ（登録商標）、酢酸セドリル、セレストリド、シンナマルバ（ＣＩＮＮＡＭＡＬＶＡ）、シトラールジメチルアセタート、ＣＩＴＲＯＬＡＴＥ（商標）、シトロネロール７００、シトロネロール９５０、シトロネロールＣＯＥＵＲ、酢酸シトロネリル、酢酸シトロネリルピュア、ギ酸シトロネリル、クラリセット、クロナール（ＣＬＯＮＡＬ）、コニフェラン（ＣＯＮＩＦＥＲＡＮ）、コニフェラン（ＣＯＮＩＦＥＲＡＮ）ピュア、コルテックスアルデヒド５０％ペオモーサ（ＣＯＲＴＥＸ  ＡＬＤＥＨＹＤＥ  ５０％  ＰＥＯＭＯＳＡ）、シクラブート（ＣＹＣＬＡＢＵＴＥ）、ＣＹＣＬＡＣＥＴ（登録商標）、ＣＹＣＬＡＰＲＯＰ（登録商標）、ＣＹＣＬＥＭＡＸ（商標）、シクロヘキシル酢酸エチル、ダマスコル（ＤＡＭＡＳＣＯＬ）、デルタダマスコーン（ＤＥＬＴＡ  ＤＡＭＡＳＣＯＮＥ）、ジヒドロシクラセット（ＤＩＨＹＤＲＯ  ＣＹＣＬＡＣＥＴ）、ジヒドロミルセノール（ＤＩＨＹＤＲＯ  ミルセノール）、ジヒドロテルピネオール、ジヒドロテルピニルアセタート、ジメチルシクロルモール（ＤＩＭＥＴＨＹＬ  ＣＹＣＬＯＲＭＯＬ）、ジメチルオクタノールＰＱ、ジミルセトール（ＤＩＭＹＲＣＥＴＯＬ）、ディオラ（ＤＩＯＬＡ）、ジペンテン、ＤＵＬＣＩＮＹＬ（登録商標）（再結晶化）、エチル−３−フェニルグリシダート、フルーラモン（ＦＬＥＵＲＡＭＯＮＥ）、フルーラニル（ＦＬＥＵＲＡＮＩＬ）、フローラルスーパー（ＦＬＯＲＡＬ  ＳＵＰＥＲ）Ｆ、フローラルゾーン（ＦＬＯＲＡＬＯＺＯＮＥ）、フロリフォル（ＦＬＯＲＩＦＦＯＬ）、フレイストン（ＦＲＡＩＳＴＯＮＥ）、フルクトン（ＦＲＵＣＴＯＮＥ）、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０ＢＢ、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０ＩＰＭ、未希釈ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）、ガルバスコーン（ＧＡＬＢＡＳＣＯＮＥ）、ゲラルデヒド（ＧＥＲＡＬＤＥＨＹＤＥ）、ゲラニオール５０２０、ゲラニオール６００型、ゲラニオール９５０、ゲラニオール９８０（ピュア）、ゲラニオールＣＦＴクール（ＣＯＥＵＲ）、ゲラニオールクール（ＣＯＥＵＲ）、酢酸ゲラニルクール（ＣＯＥＵＲ）、酢酸ゲラニルピュア、ギ酸ゲラニル、グリサルバ（ＧＲＩＳＡＬＶＡ）、酢酸グアイル、ＨＥＬＩＯＮＡＬ（商標）、ハーバク（ＨＥＲＢＡＣ）、ＨＥＲＢＡＬＩＭＥ（商標）、ヘキサデカノリド、ヘキサロン（ＨＥＸＡＬＯＮ）、ヘキセニルサ��チラートシス３−、ヒヤシンスボディ（ＨＹＡＣＩＮＴＨ  ＢＯＤＹ）、ヒヤシンスボディ（ＨＹＡＣＩＮＴＨ  ＢＯＤＹ）ＮＯ．３、ヒドロアトロパアルデヒド．ＤＭＡ、ヒドロキシオール（ＨＹＤＲＯＸＹＯＬ）、インドラローム（ＩＮＤＯＬＡＲＯＭＥ）、イントレレベン（ＩＮＴＲＥＬＥＶＥＮ）アルデヒド、イントレレベン（ＩＮＴＲＥＬＥＶＥＮ）アルデヒド（ＳＰＥＣＩＡＬ）、イオノンアルファ、イオノンベータ、イソシクロシトラール、イソシクロゲラニオール、ＩＳＯ  Ｅ  ＳＵＰＥＲ（登録商標）、イソブチルキノリン、ジャスマール（ＪＡＳＭＡＬ）、ＪＥＳＳＥＭＡＬ（登録商標）、ＫＨＡＲＩＳＭＡＬ（登録商標）、ＫＨＡＲＩＳＭＡＬ（登録商標）ＳＵＰＥＲ、クシニール（ＫＨＵＳＩＮＩＬ）、ＫＯＡＶＯＮＥ（登録商標）、ＫＯＨＩＮＯＯＬ（登録商標）、ＬＩＦＦＡＲＯＭＥ（商標）、リモキサール（ＬＩＭＯＸＡＬ）、ＬＩＮＤＥＮＯＬ（商標）、ＬＹＲＡＬ（登録商標）、リラーム（ＬＹＲＡＭＥ）ＳＵＰＥＲ、マンダリンＡＬＤ１０％  ＴＲＩ  ＥＴＨ、ＣＩＴＲ、マリチマ（ＭＡＲＩＴＩＭＡ）、ＭＣＫチャイニーズ（ＣＨＩＮＥＳＥ）、ＭＥＩＪＩＦＦ（商標）、メラフルール（ＭＥＬＡＦＬＥＵＲ）、メロゾン（ＭＥＬＯＺＯＮＥ）、アントラニル酸メチル、メチルイオノンアルファエキストラ、メチルイオノンガンマＡ、メチルイオノンガンマクール（ＣＯＥＵＲ）、メチルイオノンガンマピュア、メチルラベンダーケトン、ＭＯＮＴＡＶＥＲＤＩ（登録商標）、ムグエシア（ＭＵＧＵＥＳＩＡ）、ムゲット（ＭＵＧＵＥＴ）アルデヒド５０、ムスク（ＭＵＳＫ）Ｚ４、ミラックアルデヒド、酢酸ミルセニル、ＮＥＣＴＡＲＡＴＥ（商標）、ネロール９００、酢酸ネリル、オシメン、オクタセタール（ＯＣＴＡＣＥＴＡＬ）、オレンジフラワー（ＯＲＡＮＧＥ  ＦＬＯＷＥＲ）エーテル、オリボン、オリニフ（ＯＲＲＩＮＩＦＦ）２５％、オキサスピラン（ＯＸＡＳＰＩＲＡＮＥ）、オゾフルール（ＯＺＯＦＬＥＵＲ）、ＰＡＭＰＬＥＦＬＥＵＲ（登録商標）、ペオモサ（ＰＥＯＭＯＳＡ）、ＰＨＥＮＯＸＡＮＯＬ（登録商標）、ピカニア（ＰＩＣＯＮＩＡ）、プレシクレモン（ＰＲＥＣＹＣＬＥＭＯＮＥ）Ｂ、酢酸プレニル、プリスマントール（ＰＲＩＳＭＡＮＴＯＬ）、レセダボディ（ＲＥＳＥＤＡ  ＢＯＤＹ）、ロサルバ（ＲＯＳＡＬＶＡ）、ロサムスク（ＲＯＳＡＭＵＳＫ）、サンジノール（ＳＡＮＪＩＮＯＬ）、ＳＡＮＴＡＬＩＦＦ（商標）、シベルタール（ＳＹＶＥＲＴＡＬ）、テルピネオール、テルピノレン２０、テルピノレン９０ＰＱ、テルピノレンＲＥＣＴ．、酢酸テルピニル、酢酸テルピニルＪＡＸ、テトラヒドロ、ＭＵＧＵＯＬ（登録商標）、テトラヒドロミルセノール、テトラメラン（ＴＥＴＲＡＭＥＲＡＮ）、ＴＩＭＢＥＲＳＩＬＫ（商標）、トバカロール（ＴＯＢＡＣＡＲＯＬ）、ＴＲＩＭＯＦＩＸ（登録商標）ＯＴＴ、ＴＲＩＰＬＡＬ（登録商標）、ＴＲＩＳＡＭＢＥＲ（登録商標）、バノリス（ＶＡＮＯＲＩＳ）、ＶＥＲＤＯＸ（商標）、ＶＥＲＤＯＸ（商標）ＨＣ、ＶＥＲＴＥＮＥＸ（登録商標）、ＶＥＲＴＥＮＥＸ（登録商標）ＨＣ、ＶＥＲＴＯＦＩＸ（登録商標）クール（ＣＯＥＵＲ）、バートリフ（ＶＥＲＴＯＬＩＦＦ）、バートリフ（Ｖ���ＲＴＯＬＩＦＦ）イソ、ビオリフ、ビバルディ（ＶＩＶＡＬＤＩＥ）、ゼノリド（ＺＥＮＯＬＩＤＥ）、ＡＢＳインド７５  ＰＣＴミグリオール、ＡＢＳモロッコ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ＡＢＳモロッコ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、アブソリュートフレンチ、アブソリュートインド、アブソリュートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、アブソリュートモロッコ、コンセントレイトＰＧ、チンキ２０  ＰＣＴ、アンバーグリス（ＡＭＢＥＲＧＲＩＳ）、アンブレットアブソリュート、アンブレットシードオイル、アルモワーズオイル７０  ＰＣＴツヨン、バジルアブソリュートグランベール、バジルグランベールＡＢＳ  ＭＤ、バジルオイルグランベール、バジルオイルバーベナ、バジルオイルベトナム、ベイオイルテルペンレス、ビーズワックスＡＢＳ  Ｎ  Ｇ、ビーズワックスアブソリュート、ベンゾインレジノイドシャム、ベンゾインレジノイドシャム５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ベンゾインレジノイドシャム５０  ＰＣＴ  ＰＧ、ベンゾインレジノイドシャム７０．５  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ブラックカラントバッドＡＢＳ  ６５  ＰＣＴ  ＰＧ、ブラックカラントバッドＡＢＳ  ＭＤ  ３７  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ブラックカラントバッドＡＢＳミグリオール、ブラックカラントバッドアブソリュートブルゴーニュ、ボアドローズオイル、ブラン（ＢＲＡＮ）アブソリュート、ブラン（ＢＲＡＮ）レジノイド、ブルーム（ＢＲＯＯＭ）アブソリュートイタリア、カルダモングアテマラＣＯ２エクストラクト、カルダモンオイルグアテマラ、カルダモンオイルインド、キャロットハート、キャシー（ＣＡＳＳＩＥ）アブソリュートエジプト、キャシー（ＣＡＳＳＩＥ）アブソリュートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＩＰＭ、カストリウムＡＢＳ  ９０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、カストリウムＡＢＳ  Ｃ  ５０  ＰＣＴミグリオール、カストリウムアブソリュート、カストリウムレジノイド、カストリウムレジノイド５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、セドロールセドレン、アトラスシダーオイルＲＥＤＩＳＴ、カモミールオイルローマン、カモミールオイルワイルド、カモミールオイルワイルドローリモネン、シナモンバークオイルセイロン、シストアブソリュート、シストアブソリュートカラーレス、シトロネラオイルアジアアイアンフリー、シベットＡＢＳ  ７５  ＰＣＴ  ＰＧ、シベットアブソリュート、シベットチンキ１０  ＰＣＴ、クラリセージＡＢＳフレンチＤＥＣＯＬ、クラリセージアブソリュートフレンチ、クラリセージＣ’ＬＥＳＳ  ５０  ＰＣＴ  ＰＧ、クラリセージオイルフレンチ、コパイババルサム、コパイババルサムオイル、コリアンダーシードオイル、イトスギオイル、イトスギオイルオーガニック、ダバナオイル、ガルバノール（ＧＡＬＢＡＮＯＬ）、ガルバナムアブソリュートカラーレス、ガルバナムオイル、ガルバナムレジノイド、ガルバナムレジノイド５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ガルバナムレジノイドヘルコリン（ＨＥＲＣＯＬＹＮ）ＢＨＴ、ガルバナムレジノイドＴＥＣ  ＢＨＴ、ジャンシアーヌ（ＧＥＮＴＩＡＮＥ）アブソリュートＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ジャンシアーヌ（ＧＥＮＴＩＡＮＥ）コンセントレイト、ゼラニウムＡＢＳエジプトＭＤ、ゼラニウムアブソリュートエジプト、ゼラニウムオイルチャイナ、ゼラニウムオイルエジプト、ジンジャーオイル６２４、ジンジャーオイル精留アブソリュート、グアヤクウッドハート、ヘイＡＢＳ  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ヘイアブソリュート、ヘイアブソリュートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ヒーリングウッド、ヒソップオイルオーガニック、イモーテルＡＢＳユーゴＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、イモーテルアブソリュートスペイン、イモーテルアブソリュートユーゴ、ジャスミンＡＢＳインドＭＤ、ジャスミンアブソリュートエジプト、ジャスミンアブソリュートインド、ジャスミンアブソリュートモロッコ、ジャスミンアブソリュートサンバック、ジョンキルＡＢＳ  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ジョンキルアブソリュートフランス、ジュニパーベリーオイルＦＬＧ、ジュニパーベリーオイル精留ソリュブル、ラブダナムレジノイド５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ラブダナムレジノイドＢＢ、ラブダナムレジノイドＭＤ、ラブダナムレジノイドＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ラバンジンアブソリュートＨ、ラバンジンアブソリュートＭＤ、ラバンジンオイルアブリアルオーガニック、ラバンジンオイルグロッソオーガニック、ラバンジンオイルスーパー、ラベンダーアブソリュートＨ、ラベンダーアブソリュートＭＤ、ラベンダーオイルクマリンフリー、ラベンダーオイルクマリンフリーオーガニック、ラベンダーオイルマイラットオーガニック、ラベンダーオイルＭＴ、メースアブソリュートＢＢ、マグノリアフラワーオイルローメチルオイゲノール、マグノリアフラワーオイル、マグノリアフラワーオイルＭＤ、マグノリアリーフオイル、マンダリンオイルＭＤ、マンダリンオイルＭＤ  ＢＨＴ、マテアブソリュートＢＢ、ツリーモスアブソリュートＭＤ  ＴＥＸ  ＩＦＲＡ  ４３、オークモスＡＢＳ  ＭＤ  ＴＥＣ  ＩＦＲＡ  ４３、オークモスアブソリュートＩＦＲＡ  ４３、ツリーモスアブソリュートＭＤ  ＩＰＭ  ＩＦＲＡ  ４３、ミルラレジノイドＢＢ、ミルラレジノイドＭＤ、ミルラレジノイドＴＥＣ、マートルオイルアイアンフリー、マートルオイルチュニジア精留、ナルシスＡＢＳ  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ナルシスアブソリュートフレンチ、ネロリオイルチュニジア、ナツメグオイルテルペンレス、ウイエアブソリュート、オリバナムレジノイド、オリバナムレジノイドＢＢ、オリバナムレジノイドＤＰＧ、オリバナムレジノイドエクストラ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、オリバナムレジノイドＭＤ、オリバナムレジノ
イドＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、オリバナムレジノイドＴＥＣ、オポポナックスレジノイドＴＥＣ、オレンジビガラードオイルＭＤ  ＢＨＴ、オレンジビガラードオイルＭＤ  ＳＣＦＣ、オレンジフラワーアブソリュートチュニジア、オレンジフラワーウォーターアブソリュートチュニジア、オレンジリーフアブソリュート、オレンジリーフウォーターアブソリュートチュニジア、オリスアブソリュートイタリア、オリスコンセントレイト１５  ＰＣＴイロン、オリスコンセントレイト８  ＰＣＴイロン、オリスナチュラル１５  ＰＣＴイロン４０９５Ｃ、オリスナチュラル８  ＰＣＴイロン２９４２Ｃ、オリスレジノイド、オスマンサスアブソリュート、オスマンサスアブソリュートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、パチョリハートＮ°３、パチョリオイルインドネシア、パチョリオイルインドネシアアイアンフリー、パチョリオイルインドネシアＭＤ、パチョリオイルＲＥＤＩＳＴ、ペニーロイヤルハート、ペパーミントアブソリュートＭＤ、プチグレンビガラードオイルチュニジア、プチグレンシトロニエオイル、プチグレンオイルパラグアイテルペンレス、プチグレンオイルテルペンレスＳＴＡＢ、ピメントベリーオイル、ピメントリーフオイル、ロジノールＥＸゼラニウムチャイナ、ローズＡＢＳブルガリアンローメチルオイゲノール、ローズＡＢＳモロッコローメチルオイゲノール、ローズＡＢＳターキッシュローメチルオイゲノール、ローズアブソリュート、ローズアブソリュートブルガリアン、ローズアブソリュートダマスケナ、ローズアブソリュートＭＤ、ローズアブソリュートモロッコ、ローズアブソリュートターキッシュ、ローズオイルブルガリアン、ローズオイルダマスケナローメチルオイゲノール、ローズオイルターキッシュ、ロ−ズマリ−オイルカンファーオーガニック、ロ−ズマリ−オイルチュニジア、サンダルウッドオイルインド、サンダルウッドオイルインド精留、サンタロール、コショウボク（Ｓｃｈｉｎｕｓ  ｍｏｌｌｅ）オイル、セントジョンブレッドチンキ１０  ＰＣＴ、スチラックスレジノイド、スチラックスレジノイド、マリーゴールド（ＴＡＧＥＴＥ）オイル、ティーツリーハート、トンカビーンＡＢＳ  ５０  ＰＣＴソルベント、トンカビーンアブソリュート、チューベローズアブソリュートインド、ベチバーハートエクストラ、ベチバーオイルハイチ、ベチバーオイルハイチＭＤ、ベチバーオイルジャワ、ベチバーオイルジャワＭＤ、バイオレットリーフアブソリュートエジプト、バイオレットリーフアブソリュートエジプトＤＥＣＯＬ、バイオレットリーフアブソリュートフレンチ、バイオレットリーフアブソリュートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ワームウッドオイルテルペンレス、イランエクストラオイル、イランＩＩＩオイルおよびその組合せが挙げられる。
【０１９２】
着色料は、英国染料染色学会（Ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｄｙｅｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ）によるカラーインデックス（Ｃｏｌｏｒ  Ｉｎｄｅｘ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に記載されているものであり得る。着色料としては染料および顔料が挙げられ、織物、塗料、インクおよびインクジェットインクの着色によく用いられるものがこれに含まれる。用い得る一部の着色料としては、カロテノイド、アリライドイエロー、ジアリライドイエロー、β−ナフトール、ナフトール、ベンゾイミダゾロンｓ、ジスアゾ縮合顔料、ピラゾロン、ニッケルアゾイエロー、フタロシアニン、キナクリドン、ペリレンおよびペリノン、イソインドリノンおよびイソインドリン顔料、トリアリールカルボニウム顔料、ジケトピロロ−ピロール顔料、チオインジゴイドが挙げられる。カルテノイドとしては、例えば、アルファ−カロテン、ベータ−カロテン、ガンマ−カロテン、リコピン、ルテインおよびアスタキサンチン、アナトー抽出物、脱水テンサイ（テンサイ粉末）、カンタキサンチン、カラメル、β−アポｏ−８’−カロテナール、コチニール抽出物、カルミン、銅クロロフィリンナトリウム、焼いて一部脱脂した調理済み綿実粉、グルコン酸第一鉄、乳酸第一鉄、ブドウ色抽出物、ブドウ果皮抽出物（エノシアニナ）、ニンジン油、パプリカ、パプリカオレオレジン、雲母系パール顔料、リボフラビン、サフラン、二酸化チタン、トマトリコピン抽出物；トマトリコピン濃縮物、ウコン、ウコンオレオレジン、ＦＤ＆ＣブルーＮｏ．１、ＦＤ＆ＣブルーＮｏ．２、ＦＤ＆ＣグリーンＮｏ．３、オレンジＢ、シトラスレッドＮｏ．２、ＦＤ＆ＣレッドＮｏ．３、ＦＤ＆ＣレッドＮｏ．４０、ＦＤ＆ＣイエローＮｏ．５、ＦＤ＆ＣイエローＮｏ．６、アルミナ（乾燥水酸化アルミニウム）、炭酸カルシウム、カリウム銅クロロフィリンナトリウム（クロロフィリン−銅複合体）、ジヒドロキシアセトン、ビスマスオキシクロリド、フェロシアン化第二鉄アンモニウム、フェロシアン化鉄、水酸化クロムグリーン、酸化クロムグリーン、グアニン、葉蝋石、タルク、アルミニウム粉末、青銅粉末、銅粉末、酸化亜鉛、Ｄ＆ＣブルーＮｏ．４、Ｄ＆ＣグリーンＮｏ．５、Ｄ＆ＣグリーンＮｏ．６、Ｄ＆ＣグリーンＮｏ．８、Ｄ＆ＣオレンジＮｏ．４、Ｄ＆ＣオレンジＮｏ．５、Ｄ＆ＣオレンジＮｏ．１０、Ｄ＆ＣオレンジＮｏ．１１、ＦＤ＆ＣレッドＮｏ．４、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．６、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．７、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．１７、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．２１、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．２２、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．２７、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．２８、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．３０、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．３１、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．３３、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．３４、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．３６、Ｄ＆ＣレッドＮｏ．３９、Ｄ＆ＣバイオレットＮｏ．２、Ｄ＆ＣイエローＮｏ．７、Ｅｘｔ．Ｄ＆ＣイエローＮｏ．７、Ｄ＆ＣイエローＮｏ．８、Ｄ＆ＣイエローＮｏ．１０、Ｄ＆ＣイエローＮｏ．１１、Ｄ＆ＣブラックＮｏ．２、Ｄ＆ＣブラックＮｏ．３（３）、Ｄ＆ＣブラウンＮｏ．１、Ｅｘｔ．Ｄ＆Ｃ、酸化クロム−コバルト−アルミニウム、クエン酸鉄アンモニウム、ピロガロール、ログウッド抽出物、１，４−ビス［（２−ヒドロキシ−エチル）アミノ］−９，１０−アントラセンジオンビス（２−プロペン酸）エステルコポリマー、１，４−ビス［（２−メチルフェニル）アミノ］−９，１０−アントラセンジオン、１，４−ビス［４−（２−メタクリロキシエチル）フェニルアミノ］アントラキノンコポリマー、カルバゾールバイオレット、クロロフィリン−銅複合体、酸化クロム−コバルト−アルミニウム、Ｃ．Ｉ．バットオレンジ１、２−［［２，５−ジエトキシ−４−［（４−メチルフェニル）チオール］フェニル］アゾ］−１，３，５−ベンゼントリオール、１６，２３−ジヒドロジナフト［２，３−ａ：２’，３’−ｉ］ナフタ［２’，３’：６，７］インドロ［２，３−ｃ］カルバゾール−５，１０，１５，１７，２２，２４−ヘキサオン、Ｎ，Ｎ’−（９，１０−ジヒドロ−９，１０−ジオキソ−１，５−アントラセンジイル）ビスベンズアミド、７，１６−ジクロロ−６，１５−ジヒドロ−５，９，１４，１８−アントラジンテトラオン、１６，１７−ジメトキシジナフト（１，２，３−ｃｄ：３’，２’，１’−ｌｍ）ペリレン−５，１０−ジオン、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリラート）−染料コポリマー（３）、リアクティブブラック５、リアクティブブルー２１、リアクティブオレンジ７８、リアクティブイエロー１５、リアクティブブルーＮｏ．１９、リアクティブブルーＮｏ．４、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１１、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー８６、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー１６３、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１８０、４−［（２，４−ジメチルフェニル）アゾ］−２，４−ジヒドロ−５−メチル−２−フェニル−３Ｈ−ピラゾール−３−オン（ソルベントイエロー１８）、６−エトキシ−２−（６−エトキシ−３−オキソベンゾ［ｂ］チエン−２（３Ｈ）−イリデン）ベンゾ［ｂ］チオフェン−３（２Ｈ）−オン、フタロシアニングリーン、ビニルアルコール／メタクリル酸メチル−染料反応生成物、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１８０、Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック５、Ｃ．Ｉ．リアクティブオレンジ７８、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー１５、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー２１、１−アミノ−４−［［４−［（２−ブロモ−１−オキソアリル）アミノ］−２−スルホナトフェニル］アミノ］−９，１０−ジヒドロ−９，１０−ジオキソアントラセン−２−スルホン酸二ナトリウム（リアクティブブルー６９）、Ｄ＆ＣブルーＮｏ．９、［フタロシアニナト（２−）］銅およびその混合物が挙げられる。
【０１９３】
本明細書の実施例以外でも、また別途明記されていなくても、本明細書の以下の部分および添付の特許請求の範囲に記載されている原料の量、元素含有量、反応の時間および温度、量の比その他の数値範囲、量、値および百分率はすべて、値、量または範囲に「約」という用語が明記されていなくても、「約」という語が記載されているものと解釈され得る。したがって、別途明示されない限り、以下の明細書および添付の「特許請求の範囲」に記載されている数値パラメータは、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて異なり得る近似値である。少なくとも、特許請求の範囲への均等論の適用を制限することを試みるわけではないが、各数値パラメータは少なくとも、報告される有効数字の数を考慮し、通常の丸め法を適用することにより解釈されるべきである。
【０１９４】
本発明の広い範囲を表す数値範囲およびパラメータは近似値であるが、具体例に記載されている数値は、可能な限り正確に報告されている。しかし、いずれの数値にも本来的に、その基となる個々の試験測定値にみられる標準偏差から必然的に生じる誤差が含まれている。さらに、本明細書に数値範囲が記載されている場合、その範囲に記載される範囲の両端値が含まれる（例えば、両端値が用いられる場合がある）。本明細書で重量百分率を用いる場合、報告される数値は総重量に相対的な値である。
【０１９５】
このほか、本明細書に記載される数値範囲はそれに包含されるすべての部分範囲を含むことが意図されることを理解するべきである。例えば、範囲「１〜１０」は、記載されている最小値１と記載されている最大値１０を含めたその間にあって、最小値が１以上かつ最小値が１０以下であるすべての部分範囲を含むことが意図される。本明細書で使用される「１つの」（「ｏｎｅ」、「ａ」または「ａｎ」）という用語は、特に明示されない限り、「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を包含することが意図される。
【０１９６】
全体または一部分が参照により本明細書組み込まれることが記されている特許、刊行物をはじめとする開示資料はいずれも、組み込まれる資料が本開示に記載されている既存の定義、記述をはじめとする開示内容と矛盾しない範囲でのみ組み込まれる。したがって、必要な範囲内で、本明細書に明記されている開示は、参照により本明細書に組み込まれた矛盾するあらゆる資料に優先する。参照により本明細書組み込まれることが記されているが、本明細書に記載されている既存の定義、記述をはじめとする開示内容と矛盾する資料またはその一部分はいずれも、その組み込まれる資料と既存の開示内容との間に矛盾が生じない範囲でのみ組み込まれる。
【０１９７】
ここまで、本発明を特にその好ましい実施形態について示し説明してきたが、添付の「特許請求の範囲」に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、その形態および詳細に様々な変更を加え得ることが当業者には理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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