(57)【要約】  本発明は、バイオマスをその個々の成分に分画する方法を提供する。この方法は、バイオマスを前処理する工程を含み、繊維を機械的に改変する工程かつ／またはバイオマスを溶媒に接触させることにより流動化したバイオマスを得る工程も含むことができる。前処理され流動化したバイオマスを、バイオマスの１つまたは複数の成分を変性させることなく高周波パルスおよび剪断力にさらして、第１の液体画分および第１の分画されたバイオマスを得ることができる。次に、第１の液体画分を第１の分画されたバイオマスから単離するまたは分離することができる。バイオマスを、リグニン、医薬品または栄養補助食品において使用するための抽出物、セルロース、ヘミセルロース、ならびに他の糖およびタンパク質に分離し、単離しまたは精製することができる。
2016535996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを前記バイオマスの１つまたは複数の成分に分画する方法であって、
ａ）前記バイオマスを前処理して流動化したバイオマスを得る工程と、
ｂ）前記前処理し流動化したバイオマスを、前記バイオマスの１つまたは複数の成分を変性させることなく、高周波パルスおよび剪断力にさらして、第１の液体画分および第１の分画されたバイオマスを得る工程と、
ｃ）前記第１の液体画分を前記第１の分画されたバイオマスから単離する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の分画されたバイオマスを、工程ｂ）と同じ高周波パルスおよび剪断力にさらして、互いから単離された第２の液体画分および第２の分画されたバイオマスを得る工程ｃ）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の液体画分を前記第１の分画されたバイオマスから単離する工程ｃ）が、前記第１の分画されたバイオマスに圧縮力を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の分画されたバイオマスに圧縮力を加えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の液体画分および前記第２の液体画分を濾過して合わせる、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の液体画分および前記第２の液体画分を分子量に基づいた膜分離にかけて、前記バイオマスの１つまたは複数の成分を実質的に精製された形態で得る、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記工程が周囲環境の温度で各々行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
バイオマスを前記バイオマスの１つまたは複数の成分に分画する方法であって、
ａ）前記バイオマスの繊維を機械的に改変し、場合により前記バイオマスを溶媒に接触させて、流動化したバイオマスを得る工程と、
ｂ）前記流動化したバイオマスを、前記バイオマスの１つまたは複数の成分を変性させることなく、高周波パルスおよび剪断力にさらして、第１の液体画分および第１の分画されたバイオマスを得る工程と、
ｃ）前記第１の液体画分を前記第１の分画されたバイオマスから単離する工程と
を含む方法。
【請求項９】
前記溶媒が、短鎖アルコール、グリセリンおよび水またはその任意の組合せの共溶媒混合物からなる群から選択されるいずれか１つである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶媒が、エタノールまたは水性エタノールである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶媒が水である、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記高周波パルスが少なくとも毎秒１０００パルスである、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記画分が、ヘミセルロースリグニン、抽出物およびタンパク質、繊維またはその任意の組合せからなる群から選択されるいずれか１つの成分を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記バイオマスが薬草植物原料である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記薬草植物原料が、カバカバ、エキネシア、セイヨウオトギリソウ、カノコソウの根、マリアアザミの種、シベリアニンジン、イラクサの葉、イチョウ、ツボクサ、レンゲ、ヒドラスチス、ドンクアイ、チョウセンニンジン、コケモモ、緑茶、ホーソン、ショウガ、ウコン、ブラックコホッシュ、キャッツクロー、カモミール、タンポポ、チェストツリーベリー、ナツシロギク、ニンニク、セイヨウトチノキ、カンゾウ、コゴメバナ、ヨヒンベおよびカノコソウポピーからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
バイオマスを抽出する方法であって、
ａ）前記バイオマスを前処理して流動化したバイオマスを得る工程と、
ｂ）前記流動化したバイオマスを溶媒と接触させる工程と、
ｃ）前記溶媒に接触させた前記流動化したバイオマスを、前記バイオマスの１つまたは複数の成分を変性させることなく、高周波パルスおよび剪断力にさらして、第１の抽出物および抽出されたバイオマスを得る工程と、
ｄ）前記抽出されたバイオマスを追加の溶媒に接触させたまま破砕力を加えて、事前に抽出されたバイオマスから分離された第２の抽出物を得る工程と、
ｅ）前記第１の抽出物と前記第２の抽出物を互いに合わせる工程と
を含む方法。
【請求項１７】
前記第１の抽出物と前記第２の抽出物を合わせたものを濾過して、任意の固形物を除去する工程ｅ）をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記工程のそれぞれが周囲環境の温度で行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記溶媒が、短鎖アルコール、グリセリンおよび水、または、その任意の組合せの共溶媒混合物からなる群から選択されるいずれか１つである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶媒が、エタノールまたは水性エタノールである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記溶媒が水である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記高周波パルスが、少なくとも毎秒１０００パルスである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の液体画分および前記第２の液体画分を分子量に基づいた膜分離にかけて、前記バイオマスの１つまたは複数の成分を実質的に精製された形態で得る、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
１つまたは複数の成分が、ヘミセルロースリグニン、抽出物およびタンパク質、繊維、または、その任意の組合せからなる群から選択される成分を実質的に精製された形態で含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記バイオマスが薬草植物原料である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記薬草植物原料が、カバカバ、エキネシア、セイヨウオトギリソウ、カノコソウ根、マリアアザミの種、シベリアニンジン、イラクサの葉、イチョウ、ツボクサ、レンゲ、ヒドラスチス、ドンクアイ、チョウセンニンジン、コケモモ、緑茶、ホーソン、ショウガ、ウコン、ブラックコホッシュ、キャッツクロー、カモミール、タンポポ、チェストツリーベリー、ナツシロギク、ニンニク、セイヨウトチノキ、カンゾウ、コゴメバナ、ヨヒンベおよびカノコソウポピーからなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記精製された形態の１つまたは複数の成分を使用して、ポリマーを調製する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記精製された形態の１つまたは複数の成分を発酵させて、エタノールを得る、請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記精製された形態の１つまたは複数の成分を使用して、塗料または接着剤を調製する、請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
前記精製された形態の１つまたは複数の成分を使用して、紙加工、パルプまたは紙を調製する、請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
前記精製された形態の１つまたは複数の成分を使用して、紙または化学薬品製造用のパルプを調製する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１３年８月１２日提出の米国特許仮出願第６１／８６４，８５３号および２０１３年１１月２７日提出の米国特許仮出願第６１／９０９，４１８号の優先権を主張し、その開示は本願明細書の一部となすものとする。
【０００２】
本発明は、バイオマスをその成分に分画するかつ／または抽出する方法に関する。この方法において得られる画分および抽出物の例は、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、他の糖、タンパク質、ペクチン、および医薬品または栄養補助食品として使用するための抽出物の抽出、単離および調製を含む。
【背景技術】
【０００３】
天然のセルロース系原料は、典型的に「バイオマス」と呼ばれている。木材、紙、農業残渣、草木作物、ならびにリグノセルロース系の一般および産業の固形廃棄物を含む、多くの種類のバイオマスは、広範囲な商品の製造および調製のための供給原料と考えられてきた。したがって、化学的供給原料としてのバイオマスの商業的使用が成功するかどうかは、それの種々の構成成分の分離に依存する。有用な産物を生成するためには、バイオマスの生産、収穫、貯蔵、輸送および加工において多数の工程が必要とされる場合が多い。そのプロセスでの１つの工程は、バイオマスの、その主要成分である、ヘミセルロース、セルロース、およびリグニンへの分離または分画である。複雑な構造のもつれを解くために、多数のアプローチが研究されてきた。しかし、これらのアプローチの多くは、バイオマスをその個々の成分に分解するために、過酷で環境にやさしくない化学物質および／または条件を使用する必要がある。
【０００４】
成分への分離が達成されると、次にそれぞれの成分をさらに加工して商品とするための種々の進路が開かれる。例えば、バイオマスからバイオ燃料、ポリマーおよびラテックス代替品などの製品を製造する可能性について、最近大きな注目を集めている。このように注目を集めるのは、大量のセルロース系供給原料の利用可能性や、廃棄セルロース系材料を燃焼させるまたは埋め立て処理することを最小限に抑えることの必要性、また、糖およびセルロースの油性品の代用原料としての有用性のためである。天然のセルロース系供給原料由来のリグニン、抽出物およびタンパク質などの他のバイオマス構成成分も潜在的な市場価値を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、環境問題とエネルギー問題、効率および費用対効果などの要因を考慮に入れた、固体バイオマスをその構成成分に分離するための改良された系（ｓｙｓｔｅｍ）および方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本概要は、概念の選択を簡素化した形態で導入するために提供されることを認識するべきであり、概念は、下の「発明を実施するための形態」においてさらに説明される。本概要は、本開示の鍵となる特長または不可欠な特長を特定することを意図しておらず、本発明の範囲を制限することも意図していない。
【０００７】
本発明は、バイオマスをその個々の成分に分画する方法を提供する。本発明の方法は、大規模生産に容易に適用可能であり、環境にやさしくない化学物質ならびに高温および高圧などの過酷なプロセス条件を使用せずに実施することができる。方法は、バイオマスを前処理する工程を含み、繊維を機械的に改変（ａｌｔｅｒ）する工程かつ／またはバイオマスを溶媒に接触させて流動化されたバイオマスを得る工程も含むことができる。前処理され流動化されたバイオマスを、バイオマスの１つまたは複数の成分を変性させることなく高周波パルスおよび剪断力（ｓｈｅａｒ  ｆｏｒｃｅ）にさらして、第１の液体画分および第１の分画されたバイオマスを提供してもよい。次に、第１の液体画分をさらに分離、単離または精製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の方法の実施形態の概要を示すフローチャート図である。
【図２】本発明の方法の別の実施形態の概要を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態は本発明の実行を可能にするように詳細に説明される。本発明はこれら特定の実施形態に関して説明されるが、本発明は様々な形態で具体化することが可能であり、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈するべきではないことは認識されるべきである。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全で完璧であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供される。
【００１０】
本明細書で本発明の説明に使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図していない。本発明の説明および添付の特許請求の範囲において使用される、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が他の方法で明確に示していない限り、複数形を同様に含むことが意図される。本発明は、以下の詳細な説明を検討すれば明らかになるように、多数の代替物、改変物（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）および等価物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）を含む。
【００１１】
用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、「ａ）」、「ｂ）」および「ｃ）」等は、本発明の種々の要素を説明するために本明細書で使用されることがあるが、本発明はこれらの用語により限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、本発明の１つの要素と別の要素を区別するためだけに使用される。したがって、以下で議論される第１の要素は、要素面と同様に本発明の教えから逸脱することなく第３と名付けることができるだろう。したがって、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、「ａ）」、「ｂ）」および「ｃ）」等は、必ずしも関連する要素に順序または他の序列を伝えることを意図するものではなく、識別のみの目的で使用される。操作（または工程）の順序は、他の方法で具体的に示されていなければ、特許請求の範囲または図において提示される順番に限定されるものではない。
【００１２】
他の方法で定義されていなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者により一般に理解されているのと同じ意味を有する。一般に使用されている辞書において定義されているような用語は、本出願および関連技術の文脈におけるその意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明示的にそのように定義されていない限り、理想化されたまたは過度に正式な意味で解釈されるべきではないことはさらに理解されるであろう。本明細書で本発明の説明に使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定するようには意図していない。本明細書において言及される全ての刊行物、特許出願、特許および他の参考文献は、引用することにより、その全体を本明細書の一部となすものとする。用語が一致しない場合には、本明細書が統制するものである。
【００１３】
本明細書でも使用されるように、「および／または」は、関連して列挙される品目の１つまたは複数のありとあらゆる考えうる組合せを示し、ならびに、択一的に（「または」）解釈される場合は組合せの欠如を示し包含する。
【００１４】
文脈が他の方法で示していない限り、本明細書に記載される本発明の種々の特長は、いかなる組合せでも使用可能であることが明確に意図されている。さらに、本発明は、本発明のいくつかの実施形態において本明細書に記載されるいかなる特長もまたは特長の組合せも排除するまたは除外することが可能であることも企図している。例を挙げると、明細書において複合体は成分Ａ、ＢおよびＣを含むと述べている場合、Ａ、ＢもしくはＣまたはその組合せのいずれでも除外して否認することが可能であることが明確に意図されている。
【００１５】
本明細書で使用されるように、移行句「〜から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」（および文法上の変形）は、請求された発明に列挙されている材料または工程「および基本的な新規の特徴（複数可）に実質的に影響しない材料または工程」を包含すると解釈するべきである。Ｉｎ  ｒｅ  Ｈｅｒｚ，５３７  Ｆ．２ｄ  ５４９，５５１−５２，１９０  Ｕ．Ｓ．Ｐ．Ｑ．４６１，４６３（ＣＣＰＡ  １９７６）（原文では強調）参照。ＭＰＥＰ  §２１１１．０３．も参照。したがって、本明細書で使用される用語「〜から本質的になる」は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同意義と解釈するべきではない。
【００１６】
例えば、量または濃度などの測定可能な値に言及する場合に、本明細書で使用される用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、指定された量の±２０％、±１０％、±５％、±１％、±０．５％、さらには±０．１％の変動を包含することを意味する。測定可能な値について本明細書で提供される範囲は、他のいかなる範囲でもおよび／またはその中の個々の値を含むことができる。
【００１７】
用語「バイオマス」は、いかなる非石化の、すなわち、再生可能な有機物質も含む。様々な種類のバイオマスとしては、植物バイオマス、動物バイオマス（任意の動物由来成分、動物の排泄物等）および一般廃棄物バイオマス（金属およびガラスなどの再生利用可能なものを取り除いた住居および軽商業の廃物）が挙げられる。
【００１８】
用語「植物バイオマス」または「リグノセルロース系バイオマス（ｌｉｇｎｏ−ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  ｂｉｏｍａｓｓ）」には、持続可能なエネルギーに利用可能な、実質的にいかなる植物由来有機物質（木質または非木質）も含まれる。「植物由来」は、種子の生産に関与している有性生殖植物部分（例えば、花蕾、花、果実、および種子）も生長部分（例えば、葉、根、葉芽および茎）も必ず含む。植物バイオマスは、これらに限定されないが、トウモロコシ茎葉、麦わら、稲わら、サトウキビバガスなどの農作物廃棄物および残留物を含むことが可能である。植物バイオマスは、これらに限定されないが、樹木、針葉樹林間伐、樹皮廃棄物、おが屑、紙パルプ産業廃液流、木質繊維、薬用植物材料醸造廃棄物などの木質エネルギー作物、木材廃棄物および残留物をさらに含む。さらに、スイッチグラス、ヒメカモジグサなどの飼料用作物には、大規模な量で生産される潜在力があるとともに、別の植物バイオマスの重要な供給源を提供する潜在力がある。市街地では、最良の潜在的な植物バイオマス供給原料は、庭からのごみ（例えば、刈り取られた草、葉、刈り取られた樹木、やぶ等）および野菜加工廃棄物を含む。
【００１９】
バイオマスは、３つの基本的化学成分／画分、すなわち、ヘミセルロース、セルロースおよびリグニンを含む。バイオマスは、バイオマスに応じてさらに少量のタンパク質、抽出物、ペクチンおよび灰分も含むことがある。具体的には、ヘミセルロースは、ペントースおよびヘキソース糖、キシロン、グルクロノキシロン、アラビノキシロン、グルコマンノンおよびキシログルカンを含むポリマー（マトリックス多糖類）である。糖は、酢酸で高度に置換されており、ヘミセルロースは、その分岐構造のため、非晶質である。ヘミセルロースは、加水分解によって開裂するのも容易である。これとは対照的に、セルロースは、グルコース糖がβグリコシド結合により互いに結合して長い線状鎖を形成している線状ポリマー（多糖類）である。セルロース鎖間に水素結合が生じ、開裂に対して耐久性のある強固な結晶構造を生じることが可能である。リグニンは、フェノール分子のポリマーであり、疎水性である。リグニンは、植物に構造的完全性（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を提供する。すなわち、リグニンは、植物を完全なまま（ｉｎｔａｃｔ）で維持する接着剤（ｇｕｌｅ）である。
【００２０】
例えば、トウモロコシ茎葉などの植物バイオマス中のヘミセルロース、セルロースおよびリグニンの典型的な範囲は、下記の通りである。
【００２１】
【表１】
2016535996.tif 000003
【００２２】
「周囲環境の温度（ａｍｂｉｅｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」には、本発明の方法が行われる周囲環境の温度が含まれる。周囲環境の温度は、これらに限定されないが、「室温」および１０〜４０℃（５０〜１０４°Ｆ）の範囲内の任意の温度を含むことができる。
【００２３】
「アルコール」は、これらに限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、イソブタノールおよびブタノールを含む。「短鎖アルコール」は、一般に、Ｃ１〜Ｃ４アルコールを含む。
【００２４】
「水」は、これらに限定されないが、脱イオン水、湧水、蒸留水、水道水および井戸水ならびにその混合物を含む。
【００２５】
ここで、図１を参照して、本発明のいくつかの実施形態の、種々のバイオマスの分画および抽出のための操作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を記載する。前処理工程９０は、場合によって周囲環境の温度で行うことができる。バイオマスは、予備の浸漬工程（ｐｒｅ−ｓｏａｋｉｎｇ）１００および／または解体（ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ）工程１１０にかけることができる。予備の浸漬工程１００は、溶媒に接触させることを含むことができる。解体工程１１０は、バイオマスを機械的に解体して、バイオマスを流動化されたまたは流動性の状態または条件で提供することを含むことができる。前処理工程９０の後、バイオマスは、高周波パルスおよび高剪断力１２０にさらして、例えば、２０１４年８月８日提出の同時係属米国特許出願第１４／４５４，８３３号（代理人整理番号１２３７−３）に記載されているバイオマス分画装置および方法によって分画（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｅ）するまたは抽出することができる。特許文献の開示は、引用することによって本明細書の一部となすものとする。そのような分画は、バイオマスの１つまたは複数の成分を変性させることはない。別の言い方をすれば、パルセイション（ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）および剪断力は、個々の成分の化学的特徴を改変させることを避ける。高周波パルスおよび高剪断力を使用する分画工程１２０は、画分または抽出産物および分画されたまたは抽出されたバイオマスを得る。画分または抽出産物および分画されたまたは抽出されたバイオマスは、分離、すなわち、撹拌しながらまたは撹拌なしでの濾過またはスクリーニング１２５にかけることができ、これにより分画されたまたは抽出されたバイオマスから画分または抽出産物が分離される。濾過工程１２５に続いて、分画されたまたは抽出されたバイオマスに圧縮力１３０を加え、その後、続いて撹拌しながらまたは撹拌なしで追加の濾過および／または分離１４０にかけ、追加の画分または抽出産物を分離する。画分または抽出産物を使用して所望の産物ストリーム（ｐｒｏｄｕｃｔ  ｓｔｒｅａｍ）１５０を提供することができる。最初の画分または抽出産物は、方法のより早期の時点で収集され、そのような事前に収集された画分は、画分または抽出産物ストリームと合わせることができることが留意される。
【００２６】
上で手短に議論されたように、最初の前処理工程９０では、バイオマスの分画または抽出を開始するために、バイオマスをアルコール、水性アルコール、水もしくはグリセリンまたはその共溶媒もしくは混合物などの溶媒に予め浸漬して接触させることができる。この前処理工程９０の間に、バイオマスは膨潤することがある。次に、溶媒との接触１００に先立って、バイオマスを、例えば、切り刻む、切断する、擦り切れさせる（ｆｒａｙｉｎｇ）、磨滅（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ）または押しつぶすことによって解体する１１０ことができる。特定の実施形態では、バイオマスが、例えば、新鮮な植物バイオマスまたは薬用植物材料である場合、この材料はアルコールと接触させることができる。バイオマスが乾燥植物バイオマスまたは薬用植物材料である場合、バイオマスは水性アルコール溶液と接触させることができる。この水性アルコールでの抽出は、水性アルコール中において様々な濃度で実施することができる。適切なアルコールは、これらに限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールおよびイソブタノールなどの短鎖アルコールであってよい。特定の実施形態では、アルコールはエタノールである。アルコールは、アルコールと水の混合物などの共溶媒混合物でもよい。水性アルコール溶液は、０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコールを含むことができる。さらに詳しくは、水性アルコール溶液は、２５〜９５％（ｖ／ｖ）のアルコールを含むことができる。特定の実施形態では、水性アルコール溶液は、２５％（ｖ／ｖ）またはそれよりも多いアルコールである。別の特定の実施形態では、水性アルコールは６０％（ｖ／ｖ）のアルコールでもよい。別の実施形態では、水性アルコール溶液は、７０％（ｖ／ｖ）のアルコールでもよい。さらに別の実施形態では、水性アルコール溶液は、８６％またはそれよりも多い（ｖ／ｖ）アルコールでもよい。さらに他の実施形態では、バイオマスを分画するまたは抽出する方法は、バイオマスをグリセリンまたは水性グリセリン溶液に接触させることを含むことができる。さらに別の実施形態では、バイオマスを抽出する方法は、バイオマスを水と接触させることを含むことができる。典型的には、本発明の他の実施形態では、使用する溶媒／液体と接触させたバイオマス／固体の比は、１対１〜１対１０の固体対液体であってもよい。溶媒（アルコールまたは水）との接触中、バイオマスの繊維は膨潤することがある。
【００２７】
繊維を解体することに関して、繊維はバイオマスを切り刻む、切断する、擦り切れさせる、磨滅または押しつぶすことによって切り開かれ、それによってバイオマスを流動化されたまたは流動性のある形態で提供する。例えば、バイオマス繊維は、精砕機またはディスクミルなどの機械的高粘調流動化機械（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｈｉｇｈ  ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ  ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ  ｍａｃｈｉｎｅ）で加工することができる。例となるディスクミルは、Ｓｐｒｏｕｔ  Ｗａｌｄｒｏｎ、ＢｅｌｏｉｔまたはＡｎｄｒｉｔｚから入手可能である。精砕機またはディスクミルを利用することにより、繊維状物質を分画装置の高周波パルスおよび剪断力にさらし、繊維状物質の繊維性（ｆｉｂｒｏｕｓ  ｎａｔｕｒｅ）を破壊せずに、バイオマスおよび特にその繊維状物質を改変することができる。当業者であればこの工程に影響を及ぼすのに必要であると理解している通りの、必要な任意の時間量で加工を行うことができる。特定の実施形態では、解体工程は、１分間またはそれよりも短い間実施される。
【００２８】
全体的な前処理工程９０は、分画または抽出工程にとって十分な任意の時間でも行うことができ、バイオマスを溶媒に接触させるかつ／または繊維を解体するのに適したいかなる器、容器またはミキサーでも行うことができる。いくつかの実施形態では、前処理工程は、例えば、１５分、３０分または１時間および７２時間の間のいずれの長さの時間であってもよい。別の実施形態では、前処理工程は、１５分またはそれよりも少ない時間でもよい。前処理工程は、１分またはそれよりも少ない時間でもよい。前処理工程では、溶媒に接触しているバイオマスに、場合によっては圧縮力を加えることができ、これによりバイオマス中への溶媒の吸収を促進させることが可能である。前処理工程９０における圧縮は、当業者であれば認識しているいかなる技法によっても行うことができる。本発明の実施形態では、前処理工程中の圧縮は、スクリュープレスにより影響を受けることがある。
【００２９】
別の実施形態では、前処理は、酸を添加してバイオマスを予め加水分解し、ヘミセルロースの除去を促進することを含むことができる。前処理溶液（溶媒）を酸性化するのに適した酸としては、硝酸、塩酸およびリン酸などの無機酸ならびに酢酸またはギ酸などの有機酸が挙げられる。酸性化／加水分解が望ましい場合には、溶液のｐＨは約０．５〜７．０であり、多くの場合、約１．０〜５．０の間であってもよい。アミノカルボン酸またはアミノポリリン酸などの金属イオン封鎖剤（ｓｅｑｕｅｓｔｅｒｉｎｇ）またはキレート剤を使用することもできる。
【００３０】
さらに、脱リグニン（ｄｅｌｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に触媒作用を及ぼすのに役立つ化合物を含むことができる。一実施形態では、アントラキノン（ＡＱ）を利用してもよい。例となるアントラキノンおよびその誘導体には、１−メチルアントラキノン、２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−メトキシアントラキノン、２，３−ジメチルアントラキノンおよび２，７−ジメチルアントラキノンが含まれる。
【００３１】
別の実施形態では、アルカリ金属水酸化物、炭酸塩、リン酸塩またはホウ素などのアルカリ性緩衝液を含んでいてもよい。適切な水酸化物には、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウムおよびホウ酸ナトリウムが含まれる。水酸化物の混合物またはブレンドを使用してもよい。アルカリ金属水酸化物が添加される場合、そのｐＨは約７．０〜１３．０の間であってもよく、多くの場合、約８．０〜１１．０の間であってもよい。
【００３２】
前処理工程９０は、周囲環境の温度、高温（３０℃〜９０℃）でまたは水蒸気／蒸気（１００℃より高い）を使用して行うことができる。
【００３３】
全体的に見れば、望ましいのは、分画装置の高剪断力およびパルスを使用して繊維の成分を容易に分画することが可能である形態で繊維を提供することである。溶媒選択、温度、圧力、時間、添加物などの前処理工程９０の条件の選択は、バイオマスおよび分画され単離されるそのバイオマスの成分に依拠することになり、過度の実験をしなくても当業者の能力の範囲内にある。
【００３４】
解体工程１１０に続いて、液体または流動性の形態のバイオマスを分画１２０にかけて、剪断力およびパルセイションを使用してバイオマスを分画するまたは抽出することができる。特定の実施形態では、バイオマスの成分が変性されることも改変されることもなく、個々の成分の化学特性が維持される剪断力およびパルセイションが使用され、一部の画分または抽出物をバイオマスから分離することができることは認識されるであろう。バイオマスを剪断力および高周波パルスにさらすことは、当業者であればこの工程に影響を及ぼすのに必要であると認識している通りの、必要な任意の時間量で行うことができる。特定の実施形態では、この工程は、１分間またはそれよりも少ない時間行うことができる。操作では、流動化されたバイオマスは、バイオマス粒子の磨滅を回避しつつ、１秒あたりのエネルギーが１０００よりも大きなパルス下で、約４ｍｐｈ〜約１２０ｍｐｈで急速に加速される。これにより、バイオマスの細胞構造の能力を促進し（ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ  ｔｈｅ  ａｂｉｌｉｔｙ）、成分の化学的特性および特徴が変性されることなく、その種々の画分または構成成分をバイオマスの複雑でもつれた構造から解放する。
【００３５】
分画１２０に続いて、次に、バイオマスを撹拌しながらまたは撹拌なしでの濾過またはスクリーニング１２５にかけ、その結果、分画されたまたは抽出されたバイオマス材料から分離された画分または抽出産物が得られる。次に、分画されたバイオマス材料に、圧縮力１３０、例えば、場合によって追加の溶媒の存在下で粉砕力または浸軟力（ｍａｃｅｒａｔｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）を加えることができ、この圧縮力によって、主にセルロースである低液固ケーキ（ｌｏｗ  ｌｉｑｕｉｄ  ｓｏｌｉｄ  ｃａｋｅ）が排出されつつ、拐取されるべき液体画分が分離される。圧縮力は、当業者により認識されているいかなる技法に従っても適用することができる。特定の実施形態では、圧縮力は、分画されたバイオマスを浸軟させるスクリュープレスのスクリューにより影響を受ける。事前に分画されたまたは抽出されたバイオマスから分離された第２の画分または抽出物は、この圧縮工程によって得ることができる。本発明の別の実施形態では、バイオマスを追加の溶媒に接触させ、第２の圧縮力を加えて第２の抽出物を得ることができる。この工程での圧縮は、当業者であればこの工程に影響を及ぼすのに必要であると認識している通りの、必要な任意の時間量で行うことができる。
【００３６】
圧縮工程由来の液体画分または抽出物およびそれ以前の工程由来の画分または抽出物を合わせて、撹拌しながらまたは撹拌なしで濾過１４０し、残存する繊維を除去して、濾過液または分画物を得ることができる。抽出物の濾過／スクリーニングは、抽出物から残存する固形物を濾過し除去するのに適した任意の装置を用いて、当業者に知られている任意の方法により実施することができる。本発明に従った方法から提供される画分または抽出物を使用すれば、所望の画分または抽出産物ストリーム１５０を提供することができる。提供される産物ストリームは、開始(ｓｔａｒｔｉｎｇ)バイオマスおよび分画または抽出工程において使用される前処理工程の溶媒に依拠することになる。例えば、本発明の実施形態では、溶媒がエタノールまたは水性エタノールである場合、リグニンまたは薬の分画または抽出を提供することができる。別の実施形態では、溶媒が水である場合、糖またはヘミセルロースの分画または抽出を提供することができる。液体画分を、膜（例えば、分子量に基づいて）、遠心分離、沈殿などを使用してさらに分離し、単離しまたは精製して、１つまたは複数の成分を実質的に精製された形態で提供することができる。
【００３７】
本発明に従って得られる画分または抽出物は、図２に概説される通りにさらに加工することができる。スクリーニングされた液体（例えば、液体画分）は、追加のバイオマス、解体されたバイオマス２１０、分画されたバイオマス２２０、スクリーニングされたバイオマス２４０、圧縮力を加えられた受けたバイオマス２３０、ならびに主にセルロース性である固体の分画されたバイオマスおよび分離された液体の分画された産物ストリーム２５０に接触させることが可能である。特定の一実施形態では、画分が高セルロースのバイオマスから単離される場合、分画されたバイオマスを紙または化学薬品製造用のパルプにすることが可能である。
【００３８】
分離された、単離されたまたは精製された個々の成分は、多種多様な方法で使用することができる。本発明の実施形態に従って得られるリグニンは、塗料および接着剤などの製品の調製に使用することができる。追加の実施形態では、分画または抽出は糖および／またはヘミセルロースを提供する。本発明の実施形態に従って提供される糖、セルロースおよび／またはヘミセルロースは、エタノールなどのバイオ燃料の調製またはポリマー／プラスチックの調製にさらに使用することができる。画分は、供給原料として使用して追加の産物を提供するまたは直接使用することができる。例えば、別の実施形態は、エタノールを生産するために提供された画分の発酵である。別の実施形態では、ポリマーは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）である。別の実施形態では、リグニンは、追加の加工のためにさらに分離することができる。リグニンは、高温にかけられていないので、その官能基は化学的に反応したことがなく、単離されたリグニンの反応性を高くすることができる。実施形態では、追加の精製および加工は、紙製品および／または紙加工に適したパルプ（セルロース）を提供することができる。さらに別の実施形態では、提供される画分または抽出物は、塗料添加剤において使用することができる。さらに別の特定の実施形態では、バイオマスは薬草植物原料（ｈｅｒｂａｌ  ｐｌａｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）である。抽出用の薬草植物原料は、全葉、幹、茎、根などの形態で提供され、処理に先立ってすり砕かれるまたは切断される。薬草植物原料は、有機、栽培または野生であっても可能である。適切な薬草植物原料には、これらに限定されないが、カバカバ、エキネシア、セイヨウオトギリソウ、カノコソウの根、マリアアザミの種、シベリアニンジン、イラクサの葉、イチョウ、ツボクサ、イチョウ／ツボクサシュプリーム、レンゲ、ヒドラスチス、ドンクアイ、チョウセンニンジン、セイヨウオトギリソウシュプリーム、エキネシア／ヒドラスチスシュプリーム、コケモモ、緑茶、ホーソン、ショウガ、ウコン、ブラックコホッシュ、キャッツクロー、カモミール、タンポポ、チェストツリーベリー、ナツシロギク、ニンニク、セイヨウトチノキ、カンゾウ、コゴメバナ、ヨヒンベ、レンゲシュプリーム、カノコソウポピーシュプリーム、およびセレニティーエリキシルが含まれる。本発明のいくつかの実施形態では、薬草植物原料または茶葉は、加熱せずに周囲環境の温度で抽出することができる。
【００３９】
本発明の選択された実施形態は、説明目的で開示してきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に開示される本発明の範囲とその精神から逸脱することなく、種々の改変、追加および置き換えが可能であることを認識されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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