JP2015500657A - 真空を含む改善された前加水分解ステップ - Google Patents

Abstract

酵素を用いておよび用いずに不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを真空条件に曝露することを含む改善された前加水分解ステップが開示される。不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを真空条件に曝露した後、酵素的加水分解を前処理材料に対して実施する。結果は、真空条件に曝露されなかった組成物と比較して酵素的加水分解後のグルコースおよび多くはキシロースの収率の増加である。

Description

（特許文献１）および（特許文献２）は両方とも、バイオマス変換プロセスの種々のパートにおける真空の使用を考慮する。

処理ステップの順序において、（特許文献１）は、前処理および酵素的加水分解反応器を開示し、外部ソースをカバー中のランス接続ポートに取り付けることにより真空および圧力をその反応容器に適用することができる。

（特許文献１）は、水平方向にピストンを備える５．１ｃｍ×６８．６ｃｍステンレス鋼バレルの大型バレルピストン反応器をさらに開示する。６８．６ｃｍのバレルは、真空の適用、水性アンモニアの注入、蒸気の注入およびバレル内部の温度計測のための熱電対の挿入を可能とする８つの複数の使用ポートを備えた。反応器バレルは、垂直方向に１５．２ｃｍ×６１ｃｍステンレス鋼フラッシュタンクに直接的に取り付けられた。前処理固体は、フラッシュタンクの底部に下方誘導され、そこで固体はタンクの底部におけるドーム型エンドフランジを外すことにより容易に取り出された。

真空の使用は、真空が反応器容器およびフラッシュレシーバに適用されて＜１０ｋＰａに圧力が降下され、希水酸化アンモニウム溶液が反応器中で注入された場合に開示される。アンモニアが入れられたら、蒸気が反応器中に注入されて温度が１４５℃にされた。次いで、ピストンを駆動させることにより混合物が予熱フラッシュタンク中に放出された。真空は、フラッシュレシーバが約５９℃に達するまでフラッシュタンクに対して引き入れられた。フラッシュレシーバからの回収時、自由液体が前処理固体から分離され、糖化のために戻されなかった。

表題「リグノセルロース系材料の真空下での酵素的処理」の（特許文献２）は、自己記載である。リグノセルロース系バイオマスの酵素的加水分解は、阻害物質を除去して酵素反応を促進させるために真空下で行われる。

これらの参照文献における真空の使用は、極めて特定の理由について、および極めて特定の条件下のものである。これらの参照文献は、本明細書の詳細な説明部に記載の方法および効率を開示もせず、非発明性ともしない。

米国特許出願第２００９／００５３７７７Ａｌ号明細書 国際公開第２００９／０４６５３８Ａｌ号

本明細書において、真空を伴う改善された前加水分解ステップが開示され、一実施形態は、
Ａ）組成物を真空条件に曝露するステップであって、組成物は、乾物含有物(dry matter content)を有し、
組成物は、前処理プロセスにおいて処理されたリグノセルロース系バイオマスから産生された不水溶性(water insoluble)前処理リグノセルロース系バイオマスと、
前処理プロセス後に不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスに添加された添加液体とを含み、組成物の総量の重量による組成物の乾物含有物の重量パーセントは、１〜６０重量パーセントの範囲であるステップと、
Ｂ）真空条件への組成物の曝露を停止するステップと、
Ｃ）少なくとも１つの触媒を組成物に添加するステップであって、触媒は、組成物中の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得るステップと、
Ｄ）組成物中の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの触媒的加水分解を実施するステップと
を含む。

別の実施形態において、組成物は、自由液体を欠く。別の実施形態において、組成物は、自由液体を含む。

組成物を真空条件に曝露するステップおよび触媒的加水分解を実施するステップを同一容器中で実施しないステップがさらに開示される。

真空条件は、９５０、９００、８５０、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２５０、２００、１５０、１００、５０、３０、２０、１０、５、および０．５ｍＢａｒからなる群から選択されるミルバール（ｍｂａｒ）で計測される絶対圧未満であり得ることがさらに開示される。

組成物の総量の重量による組成物の乾物の重量パーセントは、１〜５０、１〜４０、１〜３６、１〜３０、１〜２５、１〜２０、１〜１５、１〜１０、および５〜４０からなる群から選択される範囲であり得ることがさらに開示される。

組成物を真空条件に曝露するステップは、真空条件への組成物の曝露を、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、および６０分からなる群から選択される最小時間維持することを含み得ることも開示される。

真空条件への曝露は、１５〜５５℃、１５〜５０℃、１５〜４５℃、１５〜３５℃、および１５〜３０℃からなる群から選択される温度範囲からなる温度範囲で実施することができることも開示される。

組成物および／または添加液体は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得る触媒を欠き得ることがさらに開示される。触媒は、酵素を含み得ることおよび触媒的加水分解は、酵素的加水分解であり得ることも開示される。

添加液体は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスから不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの前処理の一部として分離されたＣ５を含み得ることがさらに開示される。

添加液体は、類似構成の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの酵素的加水分解から作製された加水分解産物も含み得ることも開示される。

組成物を真空条件に曝露するステップは、押出機としても公知の内部にスクリューを有するシリンダを使用して実施することができることがさらに開示される。

触媒的加水分解の実施をいかなる真空条件下でも行わないことも開示される。

本方法は、連続法であり得ることも開示され、組成物は、アンモニアを欠き得、前処理プロセスは、アンモニアを欠き得ることも開示される。

酵素的加水分解前に真空条件に曝露された不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む組成物の酵素的加水分解により経時的に生成されたキシロースおよびグルコースの量を、酵素的加水分解前に真空条件に曝露されなかった同一組成物の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、規定の酵素濃度において比較する。 酵素的加水分解前に真空条件に曝露された不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む組成物の酵素的加水分解により経時的に生成されたキシロースおよびグルコースの量を、酵素的加水分解前に真空条件に曝露されなかった同一組成物の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、規定の酵素濃度において比較する。 酵素的加水分解前に真空条件に曝露された不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む組成物の酵素的加水分解により経時的に生成されたキシロースおよびグルコースの量を、酵素的加水分解前に真空条件に曝露されなかった同一組成物の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、規定の酵素濃度において比較する。 酵素的加水分解前に酵素を用いず真空条件に曝露された不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む組成物の酵素的加水分解により経時的に生成されたキシロースおよびグルコースの量を、酵素的加水分解前に酵素を用いて真空条件に曝露された同一組成物の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、規定の酵素濃度において比較する。 酵素的加水分解前に酵素を用いず真空条件に曝露された不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む組成物の酵素的加水分解により経時的に生成されたキシロースおよびグルコースの相対量を、酵素的加水分解前に真空条件に曝露されなかった同一組成物の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、規定の酵素濃度において比較する。

本明細書は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む組成物に真空を短時間適用することにより、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスからのグルコースの回収率を増加させる方法を開示する。以下の開示されるとおり、不水溶性リグノセルロース系バイオマスを含む組成物は、添加液体（添加第１液体とも称される）、自由液体をさらに含み得、または自由液体を欠き得る。

実験セクションにおいて発見および考察されたことは、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを液体、例えば、水の下、真空条件に曝露する場合、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスは膨潤し、その元の体積の約１４０％に膨脹し、次いで、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの同伴ガスが放出されると、それはその元の体積の約８０％に逆に崩壊することである。液体下真空が好ましい実施形態である一方、不水溶性リグノセルロース系バイオマスを含むが、自由液体もしくは添加液体を欠く組成物の真空条件への曝露は、別の実施形態である。

実験は、従来技術とは対照的に、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスにさらに浸透させるために触媒、例えば、酵素的加水分解のための酵素が真空ステップの間に必要でないことを確認する。酵素または他の加水分解触媒、例えば、酸または塩基を、真空が破壊された後に添加することができる。糖の収率は、真空を水の下で実施しようと酵素を用いて水の下で実施しようと同一である。

実験は、真空ステップを、好ましくは、液体、好ましくは、水の下またはその中で実施することも確認する。液体を添加せず、または自由液体の不存在下で不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスに対して実施された実験は、ある量の液体の存在下で真空を不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスに適用した実験よりもかなり低い糖収率を有した。液体の存在下で、または液体の下で、組成物を真空条件に曝露することが好ましい一方、液体を用いない組成物の曝露は、組成物を真空に全く曝露しない場合よりも依然として良好である。

実験データは、真空を触媒的加水分解、例えば、酵素的加水分解前に、たとえ１０分間のみ適用する場合でも、触媒的加水分解、例えば、酵素的加水分解を真空下で実施するステップを回避することができることも確認する。

したがって、実験的に確認されたこの知見を用いて、本方法は、第１に、組成物を真空条件に曝露することを含む。好適な組成物は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含む。不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスであることは、バイオマスの少なくとも一部が不水溶性であることおよび不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを誘導するために使用される元の天然リグノセルロース系バイオマスがその化学または物理的特徴を天然に見出されるものから変化させる処理（前処理）を受けたことを意味する。

不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを作出する第１のステップは、リグノセルロース系バイオマスを使用することである。好ましいリグノセルロース系バイオマスは、以下のとおり記載することができる：デンプンとは別に、植物バイオマス中の３つの主要構成成分は、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンであり、それらは一般にリグノセルロースという総称により称される。総称としての多糖含有バイオマスには、デンプンおよびリグノセルロース系バイオマスの両方が含まれる。したがって、原料の一部のタイプは、植物バイオマス、多糖含有バイオマス、およびリグノセルロース系バイオマスであり得る。

本発明による多糖含有バイオマスは、例えば、デンプンならびに精製デンプン、セルロースおよびヘミセルロースの形態のポリマー糖を含有する任意の材料を含む。

特許請求される発明を誘導するための天然バイオマスの関連タイプには、デンプン含有穀粒、精製デンプン；コーン茎葉、バガス、藁、例えば、イネ、コムギ、ライムギ、オートムギ、オオムギ、セイヨウアブラナ、ソルガムからの藁；軟木、例えば、ヨーロッパアカマツ、ラジアータパイン；硬木、例えば、ヤナギ属種、ユーカリ属種；塊茎、例えば、ビート、ジャガイモ；例えば、イネ、コムギ、ライムギ、オートムギ、オオムギ、セイヨウアブラナ、ソルガムおよびコーンからの穀草；古紙、バイオガス処理からの繊維画分、堆肥、アブラヤシ処理からの残渣からなる群から選択される農作物に由来するバイオマス、都市固形廃棄物などが含まれ得る。実験は上記に列挙されるリストの数例に限定されるが、本発明は、全てに適用可能と考えられる。それというのも、特性決定は主としてリグニンの固有の特徴および表面積に限定されるためである。

本方法において使用されるリグノセルロース系バイオマス原料は、好ましくは、通常、禾本(grasses)と呼ばれる科からのものである。適切な名称は、顕花植物の単子葉植物綱（単子葉植物）におけるイネ科または禾本科(Poaceae or Gramineae)として公知の科である。この科の植物は、通常、禾本と呼ばれ、またはそれらを他のイネ科植物と区別するため、真正禾本と呼ばれる。タケも含まれる。約６００の属および約９，０００〜１０，０００以上の種の禾本が存在する（Ｗｏｒｌｄ Ｇｒａｓｓ ＳｐｅｃｉｅｓのＫｅｗ Ｉｎｄｅｘ）。

イネ科には、世界中で生育される主食穀粒および穀草作物、芝生および飼料草、ならびにタケが含まれる。イネ科は、一般に、稈と呼ばれる中空の茎を有し、それは、葉が生じる稈に沿った節と呼ばれる箇所で間隔を置いて塞がれている（中実）。禾本の葉は、通常、互生、対生（１つの平面で）またはまれに螺生で平行脈である。それぞれの葉は、ある距離で茎を抱える下位葉鞘と、通常全縁の葉身とに区別される。多くの禾本の葉身は、シリカの植物ケイ酸体により硬化され、それは草食動物を遠ざける助けとなる。一部の禾本（例えば、ソードグラス）において、これにより禾本葉身の縁がヒトの皮膚を切断するほど十分に鋭利になる。葉舌と呼ばれる膜質付属物または毛のふさは、葉鞘と葉身との間の接合部に存在し、水または昆虫が葉鞘中に侵入するのを防止する。

禾本の葉身は、葉身の基部において生長し、伸長した茎頂からは生長しない。この低い生長点は草食動物に応答して進化し、それにより植物に甚大な損傷なしで禾本の草食および規則的な刈り取りが可能となる。

イネ科の花は、特徴的には小穂中で配置され、それぞれの小穂は、１つ以上の小花を有する（小穂は、円錐花序または穂状花序にさらに大別される）。小穂は、包頴と呼ばれる基部における２つ（またはより少ない場合もある）の苞葉と、それに続く１つ以上の小花とからなる。小花は、外頴（外側のもの）および内頴（内側）と呼ばれる２つの苞葉により包囲された花からなる。花は、通常、雌雄同花（雌雄同株であるトウモロコシは例外）であり、受粉は、ほとんど常に風媒である。花被は、鱗被と呼ばれる２つの芽鱗にまとめられ、それらが伸縮して外頴および内頴を広げ；これらは一般に、変形萼片と解釈される。

イネ科の果実は、種皮が果皮に融合しており、したがって、それから分離不可能である（トウモロコシ穀粒におけるように）頴果である。

禾本には、生長習性の３つの一般分類；束型（群生とも呼ばれる）、匍匐枝型および根茎が存在する。

禾本の成果は、部分的には、それらの形態および生長プロセスに存在し、部分的には、それらの生理学的多様性に存在する。禾本のほとんどは、炭素固定のためにＣ３およびＣ４光合成経路を使用する２つの生理学的な群に分類される。Ｃ４禾本は、特殊化された葉のクランツ構造と連結された光合成経路を有し、その構造は、特に高温気候および二酸化炭素が少ない雰囲気にそれらを適合させる。

Ｃ３禾本は、「寒冷期禾本」と称される一方、Ｃ４植物は、「温暖期禾本」とみなされる。禾本は、一年生または多年生のいずれかであり得る。一年生寒冷期の例は、コムギ、ライムギ、一年生ブルーグラス（一年生メドウグラス、スズメノカタビラおよびオートムギ）である。多年生寒冷期の例は、オーチャードグラス（カモガヤ）、ウシノケグサ（ウシノケグサ属種）、ケンタッキーブルーグラスおよびホソムギ（Loliumperenne）である。一年生温暖期の例は、コーン、スーダングラスおよびパールミレットである。多年生温暖期の例は、ビッグブルーステム、インディアングラス、バミューダグラスおよびスイッチグラスである。

禾本科の１つの分類は、１２の亜科を認定する：これらは、１）２つの属（アノモクロアおよびストレプトケタ）が含まれる広葉禾本の小系統であるアノモクロア亜科；２）３つの属、例として、ファルスおよびレプタスピスが含まれる禾本の小系統であるファロア亜科；３）アフリカ属プエリアが含まれる小系統であるプエリア亜科；４）コムギ、オオムギ、オートムギ、ブロムグラスおよびリードグラス（ノガリヤス属）が含まれるイチゴツナギ亜科；５）タケが含まれるタケ亜科；６）イネ、および野生イネが含まれるエールハルタ亜科；７）オオヨシおよびヨシが含まれるダンチク亜科；８）キビ亜科に含まれることもある１１の属の小亜科であるラッパグサ亜科；９）ヒゲシバ亜科、例として、ラブグラス（スズメガヤ属、約３５０種、例として、テフ）、ドロップシード（ネズミノオ属、約１６０種）、シコクビエ、およびムーリーグラス（ネズミガヤ属、約１７５種）；１０）キビ亜科、例として、パニックグラス、トウモロコシ、ソルガム、サトウキビ、ほとんどのキビ、フォニオおよびブルーステムグラス；１１）ミクライロア亜科；１２）ダンソニオダ亜科、例として、パンパスグラス；約５００種の禾本の属であるイチゴツナギ属については、両半球の温帯地域原産である。

可食種子のために生長させる農産禾本は、穀草と呼ばれる。３つの一般的な穀草は、イネ、コムギおよびトウモロコシ（コーン）である。全ての作物のうち、７０％が禾本である。

サトウキビは、製糖の主要源である。禾本は、建築に使用される。タケから作製された足場は、鋼製足場を破壊する台風の力の風に耐え得る。より大きいタケおよびダンチクは、材木と同様に使用することができる頑丈な稈を有し、禾本の根は、芝土家屋の芝土を安定化させる。ダンチク属は、木管楽器のためのリードを作製するために使用され、タケは、多数の道具に使用される。

リグノセルロース系バイオマス原料は、木本植物または木材からのものでもあり得る。木本植物は、木材をその構造組織として使用する植物である。これらは、典型的には、茎およびより大きい根が維管束組織に隣接して産生された木材により補強される多年生植物である。これらの植物の主要な茎、より大きい枝、および根は、通常、肥厚した樹皮の層により覆われる。木本植物は、通常、木、低木、または蔓性植物のいずれかである。木材は、木本植物が地上茎から年々生長するのを可能とし、こうして一部の木本植物を最大および最長植物とする構造的細胞順応である。

これらの植物は、水および栄養素を根から葉に移動させるため（木部）ならびに糖を葉から植物の残部に移動させるため（師部）の維管束系を必要とする。２種類の師部：前形成層からの一次生長の間に形成される一次木部および維管束形成層からの二次生長の間に形成される二次木部が存在する。

通常、「木材」と呼ばれるものは、そのような植物の二次木部である。

二次木部を見出すことができる２つの主要な群は、以下のものである：
１）球果植物（マツ目）：約６００種の球果植物が存在する。全ての種は、この群にわたり構造が比較的均一な二次木部を有する。多くの球果植物は、高木になり：そのような木の二次木部は、軟木として市販される。
２）被子植物（被子植物門）：約２５万〜４０万種の被子植物が存在する。この群の中で、二次木部は単子葉植物（例えば、イネ科）においては見出されていない。多くの非単子葉被子植物は、木になり、それらの二次木部は、硬木として市販される。

軟木という用語は、裸子植物に属する木からの木材を説明するために使用される。裸子植物は、子房中で包まれていないむき出しの種子を有する植物である。これらの種子「果実」は、硬木よりも原始的であるとみなされる。軟木の木は、通常、常緑性であり、球果を担持し、針葉または葉のような芽鱗を有する。これらには、球果植物種、例えば、マツ、トウヒ、モミ、およびシダーが含まれる。木材硬度は、球果植物種により変動する。

硬木という用語は、被子植物科に属する木からの木材を説明するために使用される。被子植物は、子房中で保護のために包まれている胚珠を有する植物である。受精時、これらの胚珠は、種子に発達する。硬木の木は、通常、広葉性であり；温帯および寒帯緯度において、それらはほとんど落葉性であるが、熱帯および亜熱帯においてはほとんど常緑性である。これらの葉は、単葉（単一の葉身）であり得、またはそれらは葉柄に付いている小葉を有する複葉であり得る。形状が変動し得るが、全ての硬木の葉は、細い葉脈の明確な網目を有する。硬木植物には、例えば、アスペン、カバノキ、サクラ、カエデ、オークおよびチークが含まれる。

したがって、好ましいリグノセルロース系バイオマスは、禾本および木材からなる群から選択することができる。好ましいリグノセルロース系バイオマスは、球果植物、被子植物、イネ科および／または禾本科に属する植物からなる群から選択することができる。別の好ましいリグノセルロース系バイオマスは、その乾物の少なくとも１０重量％をセルロースとして、またはより好ましくは、その乾物の少なくとも５重量％をセルロースとして有するバイオマスでもあり得る。

リグノセルロース系バイオマスは、グルコース、キシロース、およびマンノースモノマーをベースとする炭水化物の群から選択される炭水化物も含む。リグノセルロース系バイオマスに由来することは、フィード流のリグノセルロース系バイオマスがグルカンおよびキシランおよびリグニンを含むことを意味する。

グルカンには、リグノセルロース系バイオマス中のグルカンのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーが含まれる。１，４アルファグルカンではなく、セルロースに特徴的な１，４ベータグルカンが特に興味深い。不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマス中に存在する１，４ベータグルカンの量は、乾燥基準で不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの少なくとも５重量％、より好ましくは、乾燥基準で不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの少なくとも１０重量％、最も好ましくは、乾燥基準で不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの少なくとも１５重量％であるべきである。キシランには、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマス組成物中のキシランのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーが含まれる。

さらに、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスは、デンプン不含、実質的にデンプン不含であり得、または０のデンプン含有率を有し得る。デンプンは、存在する場合、乾燥含有物の７５重量％未満であり得る。好ましいデンプン範囲は存在しない。それというのも、その存在はグルコースへの加水分解に影響するとは考えられないためである。デンプン量についての範囲は、存在する場合、乾燥含有物の０および７５重量％の間、乾燥含有物の０〜５０重量％、乾燥含有物の０〜３０重量％、および乾燥含有物の０〜２５重量％である。

本発明はグルコースを加水分解することであるため、本明細書および本発明者らは、１，４ベータグルカンを有する任意のリグノセルロース系バイオマスをこの改善された加水分解プロセスに原料として使用することができると考える。

天然リグノセルロース系バイオマスに対して使用される前処理プロセスは、当分野において公知の、および将来的に発明され得る任意の前処理プロセスであり得、または前処理は、一連のプロセスであり得る。

リグノセルロース系バイオマス原料は、木本植物由来のものでもあり得る。木本植物は、木材をその構造組織として使用する植物である。これらは、典型的には、茎およびより大きい根が維管束組織に隣接して産生された木材により補強される多年生植物である。これらの植物の主要な茎、より大きい枝、および根は、通常、肥厚した樹皮の層により覆われる。木本植物は、通常、木、低木、または蔓性植物のいずれかである。木材は、木本植物が地上茎から年々生育するのを可能とし、こうして一部の木本植物を最大および最長植物とする構造的細胞順応である。

これらの植物は、水および栄養素を根から葉に移動させるため（木部）ならびに糖を葉から植物の残部に移動させるため（師部）の維管束系を必要とする。２種類の木部：前形成層からの一次生長の間に形成される一次木部および維管束形成層からの二次生長の間に形成される二次木部が存在する。

通常、「木材」と呼ばれるものは、そのような植物の二次木部である。

二次木部を見出すことができる２つの主要な群は、以下のものである：
１）球果植物（マツ目）：約６００種の球果植物が存在する。全ての種は、この群にわたり構造が比較的均一な二次木部を有する。多くの球果植物は、高木になり：そのような木の二次木部は、軟木として市販される。
２）被子植物（被子植物門）：約２５万〜４０万種の被子植物が存在する。この群の中で、二次木部は単子葉植物（例えば、イネ科）においては見出されていない。多くの非単子葉被子植物は、木になり、それらの二次木部は、硬木として市販される。

軟木という用語は、裸子植物に属する木からの木材を説明するために使用される。裸子植物は、子房中で包まれていないむき出しの種子を有する植物である。これらの種子「果実」は、硬木よりも原始的であるとみなされる。軟木の木は、通常、常緑性であり、球果を担持し、針葉または葉のような芽鱗を有する。これらには、球果植物種、例えば、マツ、トウヒ、モミ、およびシダーが含まれる。木材硬度は、球果植物種により変動する。

硬木という用語は、被子植物科に属する木からの木材を説明するために使用される。被子植物は、子房中で保護のために包まれている胚珠を有する植物である。受精時、これらの胚珠は、種子に発達する。硬木の木は、通常、広葉性であり；温帯および寒帯緯度において、それらはほとんど落葉性であるが、熱帯および亜熱帯においてはほとんど常緑性である。これらの葉は、単葉（単一の葉身）であり得、またはそれらは葉柄に付いている小葉を有する複葉であり得る。形状が変動し得るが、全ての硬木の葉は、細い葉脈の明確な網目を有する。硬木植物には、例えば、アスペン、カバノキ、サクラ、カエデ、オークおよびチークが含まれる。

一例として、前処理プロセスは、浸漬とそれに続く水蒸気爆砕を含み得る。例えば、前処理プロセスは、水蒸気爆砕以外の任意の１つ以上のプロセスを含み得る。前処理プロセスは、水蒸気爆砕を含まなくてよい。前処理プロセスは、水蒸気爆砕を含み得る。水蒸気爆砕は、前処理プロセスの最終ステップであり得る。フラッシュレシーバ中への水蒸気爆砕、レシーバの含有物の冷却および自由液体の分離は、前処理プロセスの最終ステップであり得る。前処理プロセスは、超臨界抽出を含み得る。

不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを前処理するために使用される前処理プロセスは、リグノセルロース含有物の構造が触媒、例えば、酵素により接近可能となり、同時に、有害な阻害副生物、例えば、酢酸、フルフラールおよびヒドロキシメチルフルフラールの濃度を実質的に低く保つことを確保するために使用される。

前処理の現在の方針の一部は、リグノセルロース系材料を１１０〜２５０℃の温度に１〜６０分間供することであり、例えば：
熱水抽出
阻害物質が形成される前に溶解材料を取り出す多段階希酸加水分解
比較的低い苛酷条件における希酸加水分解
アルカリ湿式酸化
水蒸気爆砕
後続の解毒を有するほとんど全ての前処理
熱水前処理を選択する場合、以下の条件が好ましい：
前処理温度：１１０〜２５０℃、好ましくは、１２０〜２４０℃、より好ましくは、１３０〜２３０℃、より好ましくは、１４０〜２２０℃、より好ましくは、１５０〜２１０℃、より好ましくは、１６０〜２００℃、いっそうより好ましくは、１７０〜２００℃または最も好ましくは、１８０〜２００℃。
前処理時間：ｌ〜６０分、好ましくは、２〜５５分、より好ましくは、３〜５０分、より好ましくは、４〜４５分、より好ましくは、５〜４０分、より好ましくは、５〜３５分、より好ましくは、５〜３０分、より好ましくは、５〜２５分、より好ましくは、５〜２０分、最も好ましくは、５〜１５分。

前処理後の乾物含有率は、好ましくは、少なくとも２０％（ｗ／ｗ）である。他の好ましい上限は、不水溶性前処理リグノセルロース系原料中の水に対するバイオマスの量が、１：４〜９：１；１：３．９〜９：１、１：３．５〜９：１、１：３．２５〜９：１、１：３〜９：１、１：２．９〜９：１、１：２〜９：１、１：１．５〜９：１、１：１〜９：１、および１：０．９〜９：１の比の範囲であるとして企図される。

本発明による多糖含有バイオマスは、例えば、デンプンならびに精製デンプン、セルロースおよびヘミセルロースの形態のポリマー糖を含有する任意の材料を含む。しかしながら、上記考察のとおり、デンプンは主要構成成分でない。

好ましい前処理プロセスは、下記のとおり浸漬させてＣ５を抽出し、次いで水蒸気爆砕させる２つのステップである。

天然リグノセルロース系バイオマスの好ましい前処理は、天然リグノセルロース系バイオマス原料を浸漬させ、次いで浸漬された天然リグノセルロース系バイオマス原料の少なくとも一部を水蒸気爆砕させることを含む。

浸漬は、物質、例えば、蒸発形態の水である水蒸気、もしくは液体形態の水のいずれかまたは液体および水蒸気中で一緒に行って産物を産生させる。産物は、第１の液体を含有する浸漬バイオマスであり、第１の液体は、通常、その液体もしくは蒸発形態またはいくらかの混合物の水である。

この浸漬は、物質を、水蒸気もしくは液体もしくは水蒸気および水の混合物であり得る水に、またはより一般には、高温高圧において水に曝露する任意数の技術により行うことができる。温度は、以下の範囲：１４５〜１６５℃、１２０〜２１０℃、１４０〜２１０℃、１５０〜２００℃、１５５〜１８５℃、１６０〜１８０℃の１つであるべきである。時間は長時間であり得るが、例えば、２４時間まででそれ未満、または１６時間未満、または１２時間未満、または９時間未満または６時間未満であり得；曝露時間は、好ましくは、完全に短く、１分〜６時間、１分〜４時間、１分〜３時間、１分〜２．５時間、より好ましくは、５分〜１．５時間、５分〜１時間、１５分〜１時間の範囲である。

水蒸気を使用する場合、それは好ましくは、飽和されているが、過熱することができる。浸漬ステップは、撹拌を用いるまたは用いない回分式または連続式であり得る。高温浸漬前に低温浸漬を使用することができる。低温浸漬の温度は、２５〜９０℃の範囲である。時間は、長時間であり得るが、例えば、２４時間まででそれ未満、または１６時間未満、または１２時間未満、または９時間未満または６時間未満であり得；曝露時間は、好ましくは、完全に短く、１分〜６時間、１分〜４時間、１分〜３時間、１分〜２．５時間、より好ましくは、５分〜１．５時間、５分〜１時間、１５分〜１時間の範囲である。

酸または塩基を回避することが好ましい一方、いずれの浸漬ステップも、プロセスにおいて後でより高い性能を達成するために他の化合物、例えば、Ｈ_２ＳＯ４、ＮＨ_３の添加も含み得る。

次いで、第１の液体を含む産物を分離ステップに通過させ、第１の液体を浸漬バイオマスから分離する。液体は、液体の少なくとも一部、好ましくは、経済的な時間枠で可能な限り多くの液体が分離されるように完全には分離しない。この分離ステップからの液体は、第１の液体を含む第１の液体流として公知である。第１の液体は、浸漬において使用される液体、一般に、水および原料の可溶性種である。これらの水溶性種は、グルカン、キシラン、ガラクタン、アラビナン、グルコオリゴマー、キシロオリゴマー、ガラクトオリゴマーおよびアラビノオリゴマーである。固体バイオマスは、第１の固体流と呼ばれる。それというのも、それは、全てではないが、固体のほとんどを含有するためである。

液体の分離は、ここでも、公知の技術およびこれまで発明されたおそらく一部のものにより行うことができる。１つの好ましい装置は、圧搾機である。それというのも、圧搾機は高圧下で液体を生成するためである。

リグノセルロース系バイオマスを浸漬前に前浸漬してＣ５を取り出すことも公知である。

次いで、第１の固体流を水蒸気爆砕させ、固体および第２の液体を含む水蒸気爆砕流を作出する。水蒸気爆砕は、バイオマス分野における周知技術であり、今日および将来的に利用可能な系のいずれもこのステップに好適と考えられる。水蒸気爆砕の苛酷性は、文献においてＲｏとして公知であり、それは時間および温度の関数であり、
Ｒｏ＝ｔｅｘｐ［（Ｔ−１００）／１４．７５］
と表現され、温度Ｔは、摂氏度で表現され、時間ｔは、共通単位で表現される。

この式は、Ｌｏｇ（Ｒｏ）として、すなわち、
Ｌｏｇ（Ｒｏ）＝Ｌｎ（ｔ）＋［（Ｔ−１００）／１４．７５］
としても表現される。
Ｌｏｇ（Ｒｏ）は、好ましくは、２．８〜５．３、３〜５．３、３〜５．０および３〜４．３の範囲である。

水蒸気爆砕流は、少なくとも水により任意選択的に洗浄することができ、同様に使用される他の添加剤が存在し得る。別の液体を将来的に使用することができるため、水が絶対的に不可欠とは考えられないことが想定される。現在のところ、水が好ましい液体であり、水を使用する場合、それを第３の液体とみなす。任意選択的の洗浄からの液体流出物は、第３の液体流である。この洗浄ステップは、不可欠とはみなさず、任意選択的である。

次いで、洗浄爆砕流を、洗浄爆砕材料中の液体の少なくとも一部を除去するように処理する。この分離ステップも任意選択的である。少なくとも一部を除去するという用語は、可能な限り多くの液体の除去が望ましい一方（圧搾）、１００％の除去が可能である見込みがないことを留意させる。いずれにしても、水の１００％の除去は望まれない。それというのも、水は後続の加水分解反応に必要とされるためである。このステップのための好ましいプロセスは、ここでも、圧搾であるが、他の公知の技術およびこれまで発明されていない技術が好適であると考えられる。このプロセスから分離される産物は、第２の固体流中の固体および第２の液体流中の液体である。

本発明の方法のための組成物は、少なくとも５０ｐｐｍ未満の湿分のレベルへの乾燥による水および他の揮発物の除去後の材料である乾物含有物を有する。乾物含有物は、“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｍｐｌｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ”，Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ （ＬＡＰ），Ｉｓｓｕｅ Ｄａｔｅ：９／２８／２００５，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２０，Ｊａｎｕａｒｙ ２００８に開示される手順により計測する。

一実施形態において、真空前の組成物は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの前処理後に不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスから分離されなかった不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの前処理からのある量の自由液体を有する。例えば、一部の水蒸気爆砕プロセスにおいて、凝縮蒸気からの自由液体が存在し得ることが公知である。自由液体は、組成物をデカントすることにより組成物の固体から分離することができる液体を意味する。自由液体を前処理後の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスから除去する場合、全部ではないが、自由液体の一部を組成物に再添加することができ、それは依然として本発明の範囲内であり得る。

組成物は、真空処理前の前処理プロセスにおいて使用される空気もしくはガスまたはガスの混合物であり得る少なくとも１つのガスもさらに含む。このガス、通常、空気は、組成物の固体マトリクス中に同伴される。真空条件下への組成物の曝露により除去されるのはこのガスである。実験部において留意されるとおり、ガスの膨張は相当であり、ガスを保持する細孔を開放させ、または破壊すると考えられる。真空への曝露後の大気圧条件における組成物の体積は、曝露前の体積の９５％未満であり、その体積の９０％未満がより好ましく、曝露前の体積の８５％未満がいっそうより好ましく、曝露前の体積の８０％未満が最も好ましい。当業者は、除去されるガスの量を制御することができ、ガスの９５〜１００％の除去が最も好ましい量である。したがって、真空曝露後の最終組成物は、ガスを欠き得、ガスの９５％超が除去されている。

組成物は、真空曝露前の不水溶性炭水化物の量として既知のある量の不水溶性炭水化物も含む。真空への曝露を加水分解前に行うため、真空への曝露前の不水溶性炭水化物の量は、真空への曝露後の不水溶性炭水化物の量と同一であると予測される。

別の実施形態において、組成物は、自由液体、特に、前処理プロセスの間に発生し、または使用された自由液体を欠く。例えば、回分式水蒸気爆砕は、自由液体を有し得る一方、連続式水蒸気爆砕は、通常、自由液体を有さない。別の実施形態において、組成物は、ある量の自由液体を有するが、前処理プロセスは、水蒸気爆砕ステップを含まない。この実施形態の組成物は、自由液体および以下に考察される添加液体をさらに含み得る。

別の実施形態における組成物は、添加液体をさらに含む。通常、添加液体は、水を含み、または水である。添加液体の量は、乾物含有率を規定の総質量の割合に低減させるために必要とされる量に依存する。乾物含有率は、組成物の総量の重量による組成物の乾物の重量パーセントであるべきであり、１〜６０の範囲であるべきである。組成物の他の好適な乾物含有率は、組成物の総量の重量による組成物の乾物の重量パーセントであり、１〜５０、１〜４０、１〜３６、１〜３０、１〜２５、１〜２０、１〜１５、１〜１０、および５〜４０からなる群から選択される範囲であり、全て総組成物と比較した乾物の重量パーセントで表現される。

乾物含有率は、単に水組成を引いた組成物の重量でないことに留意される。それというのも、乾燥試験の間に揮発物、例えば、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）および酢酸が除去されるためである。

組成物は、リグノセルロース系バイオマスの前処理の間に添加または使用されているアンモニア、添加酸および／もしくは添加塩基または他のプロセス反応物質を含まないことが好ましい。それというのも、それらは適切に設計された前処理プロセスにおいて必要でなく、下流処理についての問題を作出するためである。前処理プロセスは、リグノセルロース系バイオマスの前処理の間に添加または使用されているアンモニア、添加酸および／もしくは添加塩基または他のプロセス物質を使用しないことも好ましい。

組成物を確保した後、真空を保持し得る任意のタイプの装置中で生じ得る真空条件に組成物を曝露する。真空源は、真空ジェット、真空ポンプ、エジェクタ、アスピレータ、および公知の任意の他の真空源ならびにこれまで発明され得るものであり得る。

組成物を真空条件に曝露する１つの好ましい方法は、曝露を真空押出機と呼ばれることも多い押出機中で実施することである。この１つの装置は、運搬スクリューと呼ばれることが多いスクリューおよび／またはシリンダ内部のスクリューを使用して組成物をシリンダ装置の真空帯域に通して運搬する。

真空条件は、１０１３．２５ミリバール未満のミリバール（ｍｂａｒ）で計測される絶対圧である大気圧未満であり、９５０、９００、８５０、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２５０、２００、１５０、１００、５０、３０、２０、１０、５、および０．５ｍＢａｒからなる群から選択することができる。

真空条件への組成物の曝露は、１５〜５５℃、１５〜５０℃、１５〜４５℃、１５〜３５℃、および１５〜３０℃からなる群から選択される温度範囲からなる温度範囲で実施することもできる。

真空条件に組成物を曝露するステップは、真空条件への組成物の曝露を、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、および６０分からなる群から選択される最小時間維持することをさらに含み得る。最大曝露時間が望まれる場合、時間は、６００分を超えるべきではない。

触媒的加水分解、特に酵素的加水分解を真空条件下で実施することは必要でないため、組成物は、好ましくは、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを触媒的に加水分解し得る触媒を実質的に欠き、または欠く。実質的に欠くとは、任意の触媒的活性が、触媒的加水分解ステップにおいて使用される触媒活性の５％以下であることを意味する。酵素は、公知の加水分解触媒であり、酵素の場合、触媒的加水分解は、酵素的加水分解として公知である。

添加液体は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスから、水蒸気爆砕前の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの前処理の一部として分離されたＣ５を含むことも好ましい。一部の前処理プロセスにおいて、アラビナンおよびキシラン構成成分であり、アラビノースおよびキシロースのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーを含むＣ５を浸漬させ、またはそうでなければ抽出することが公知である。このＣ５の取り出しは、水蒸気爆砕前に行うことが多い。

不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを、類似の加水分解組成物を有する既に加水分解された産物と合わせることも公知であるため、プロセスは、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの加水分解産物でない場合、類似構成の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの酵素的加水分解から作製された加水分解産物をさらに含み得る。

真空条件への曝露後、真空を破壊し、それは真空条件への組成物の曝露を停止するステップである。このことは、真空源を組成物から離隔し、真空を組成物から除去し、または押出機の場合、組成物を押出機シリンダの真空帯域から外に、および真空条件下でない異なる帯域中に移動させ、もしくはさらには押出機からタンクもしくは他の容器に放出させることにより行うことができる。

真空条件への曝露を破壊した後、触媒的、特に酵素的加水分解を、組成物中の不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの酵素的加水分解を実施し得る少なくとも１つの酵素を添加することにより組成物に対して実施する。

触媒的加水分解は、真空条件を実施する同一容器中で実施しないことが好ましい。工業スケールでは、触媒的加水分解容器は、大型容器である。したがって、真空下での触媒的加水分解の実施は、加水分解ブロスを撹拌するための多くの可動部を有し、真空を持続し得る大型容器を要求する。加水分解を真空下で実施することにより、追加コストが生じる。

組成物は、組成物をスクリューにより運搬する離隔装置中で真空に曝露することができる。当業者は、この装置は、触媒的加水分解を真空下で実施し得る大型容器よりも安価であることを認識する。触媒的、特に酵素的加水分解は、いかなる真空条件下でも行わないことも企図される。

実験部
試料調製
試料調製は、報告される全ての実施例に共通であり、そうでなければ別に詳述する。

麦藁を熱水処理に１５５℃の温度において６５分の時間供し（浸漬）、次いで、液体流および固体流に分離し；固体流を１９０℃の温度において４分の時間水蒸気爆砕させて水蒸気爆砕固体流を得た。自由液体は、水蒸気爆砕流から分離しなかった。

真空処理
真空処理は、以下の手順に従って実施した。試料を真空容器中に挿入し、密封した。容器は真空ポンプにより排出させた。圧力は約１０秒後に３０ｍｂａｒに達し、次いでそのレベルにおいて１０分間維持した。

真空処理後、容器を大気圧に通気させることにより真空を破壊した。

酵素的加水分解
酵素的加水分解は、報告される全ての実験に共通であり、そうでなければ別に詳述する。

前処理リグノセルロース系バイオマス流をバイオリアクタ中に挿入し、インペラにより撹拌し、５０℃の温度に達するまで加熱した。ｐＨをＫＯＨ溶液により５に補正した。

酵素的加水分解は、リグノセルロース系バイオマスの前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり所定濃度のタンパク質におけるＮｏｖｏｚｙｍｅｓによる酵素カクテルを挿入することにより実施した。それぞれの実験において、同一カクテルを使用したが、異なる量で使用した。

異なる酵素濃度を、記載のとおり実験において使用した。

酵素的加水分解を４８時間実施した。試料採取は、酵素挿入直前ならびに酵素挿入から２４時間および４８時間の加水分解時間後に実施した。

加水分解流中のグルコースおよびキシロース濃度を、標準ＨＰＬＣにより計測した。

実施例１
２５℃の温度において、第１の前処理ステップからの液体流および水蒸気爆砕固体流を０．８の液体／固体比の比において混合することにより対照試料を調製し、次いで、総組成物に対して１０％の乾物の含有率に達するまで水を添加してリグノセルロース系バイオマスの前処理流を得た。

１．３Ｋｇの量のリグノセルロース系バイオマスの前処理流を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり５ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

０．９５６ｇ／ｌ、８．１５２ｇ／ｌおよび８．５０ｇ／ｌのキシロースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

０．１１３ｇ／ｌ、１３．９３４ｇ／ｌおよび１７．００ｇ／ｌのグルコースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

１．３Ｋｇの量の前処理リグノセルロース系バイオマス流を、真空処理に２５℃の温度において供した。真空処理の間、前処理流は、約１００秒後に初期体積の約１３０％に達するまで膨脹した。肉眼で見える気泡が前処理流中で形成された。手により真空容器を振動させることにより、泡を除去し、前処理流は、真空処理前の前処理流の体積の約８０％の体積に達するまで崩壊した。通気後、排出された前処理流を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり５ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

０．３２１ｇ／ｌ、９．８００ｇ／ｌおよび１０．２０３ｇ／ｌのキシロースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。キシロースは第１の前処理ステップからの液体由来であるため、その存在は酵素的加水分解を示さない。

０ｇ／ｌ、１９．４２６ｇ／ｌおよび２２．６３４ｇ／ｌのグルコースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。真空後の０ｇ／ｌの濃度は、真空の間に生じる加水分解が存在しないことおよび水がプロセス反応物質でないことを示す。

対照試料および真空処理試料についての加水分解時間に対するキシロースおよびグルコースの濃度を図１に報告する。

実施例２
実施例１と同一の材料を使用して、２５℃の温度において、液体流および水蒸気爆砕固体流を０．８の液体／固体比の比において混合することにより対照試料を調製し、次いで、１０％の乾物の含有率に達するまで水を添加して前処理流を得た。

１．３Ｋｇの量の前処理流を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり７．５ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

０．９５６ｇ／ｌ、９．６０１ｇ／ｌおよび１０．４０２ｇ／ｌのキシロースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

０．１１３ｇ／ｌ、２２．３ｇ／ｌおよび２８．２３１ｇ／ｌのグルコースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

１．３Ｋｇの量の前処理流を、真空処理に２５℃の温度において供した。真空処理の間、前処理流は、約１００秒後に初期体積の約１３０％に達するまで膨脹した。肉眼で見える気泡が前処理流中で形成された。手により真空容器を振動させることにより、泡を除去し、前処理流は、真空処理前の前処理流の体積の約８０％の体積に達するまで崩壊した。通気後、排出された前処理流を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり７．５ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

０．４５１ｇ／ｌ、１１．１８５ｇ／ｌおよび１２．０５２ｇ／ｌのキシロースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

０ｇ／ｌ、２８．２０１ｇ／ｌおよび３３．２９３ｇ／ｌのグルコースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

対照試料および真空処理試料についての加水分解時間に対するキシロースおよびグルコースの濃度を図２に報告する。

実施例３
２５℃の温度において、液体流および水蒸気爆砕固体流を０．８の液体／固体比において混合することにより実施例１および２において使用されたものと同一のリグノセルロース系バイオマスの対照試料を調製し、次いで、１０％の乾物の含有率に達するまで水を添加して前処理流を得た。

１．３Ｋｇの量の前処理材料を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり１０ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

０．９５６ｇ／ｌ、１０．４９５ｇ／ｌおよび１１．３１ｇ／ｌのキシロースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

０．１１３ｇ／ｌ、２７．３２５ｇ／ｌおよび３３．７３１ｇ／ｌのグルコースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

１．３Ｋｇの量の前処理流を、真空処理に２５℃の温度において供した。真空処理の間、前処理流は、約１００秒後に初期体積の約１３０％に達するまで膨脹した。肉眼で見える気泡が前処理流中で形成された。手により真空容器を振動させることにより、泡を除去し、前処理流は、真空処理前の前処理流の体積の約８０％の体積に達するまで崩壊した。通気後、排出された前処理流を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり１０ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

０．４１８ｇ／ｌ、１２．６９８ｇ／ｌおよび１３．５０４ｇ／ｌのキシロースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

０ｇ／ｌ、３４．８５ｌｇ／ｌおよび３９．５９６ｇ／ｌのグルコースの濃度が、酵素挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

対照試料および真空処理試料についての加水分解時間に対するキシロースおよびグルコースの濃度を図３に報告する。

実施例４
対照実験は、前処理流を酵素挿入前に真空に曝露する実施例３の試料に対応する。

１．３Ｋｇの量の前処理流を、Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓによる酵素カクテルとともに、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり１０ｍｇのタンパク質の濃度において２５℃の温度において添加し、次いで真空処理に供した。真空処理の間、前処理流は、約１００秒後に初期体積の約１３０％に達するまで膨脹した。肉眼で見える気泡が前処理流中で形成された。手により真空容器を振動させることにより、泡を除去し、前処理流は、真空処理前の前処理流の体積の約８０％の体積に達するまで崩壊した。通気後、既に添加された酵素カクテルを有する前処理流をバイオリアクタ中に挿入し、インペラにより撹拌し、５０℃の温度に達するまで加熱した。ｐＨをＫＯＨ溶液により５に補正した。

酵素的加水分解を４８時間実施した。試料採取は、バイオリアクタ中への挿入直前ならびに酵素挿入から２４時間および４８時間の加水分解時間後に実施した。

７．２３ｇ／ｌ、１２．６９８ｇ／ｌおよび１２．８０５ｇ／ｌのキシロースの濃度が、バイオリアクタ中への挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。

３．３７３ｇ／ｌ、３１．４９８ｇ／ｌおよび３５．９７１ｇ／ｌのグルコースの濃度が、バイオリアクタ中への挿入直前、２４時間および４８時間後にそれぞれ計測された。グルコース濃度が０でないため、酵素的加水分解を示すが、この加水分解は、大気圧における酵素の添加後に生じ、このことは、酵素的加水分解を当分野において示される真空条件下で実施する必要がないことを示す。

酵素挿入前に真空に曝露された試料および酵素挿入後に真空に曝露された試料（真空加水分解）についての加水分解時間に対するキシロースおよびグルコースの濃度を図４に報告する。これらの結果は、酵素を用いない前処理流の真空への曝露が、既に添加された酵素を用いる前処理流の真空への曝露よりも優れていることを示し；換言すれば、驚くべきことに、真空を使用して反応物質に浸透させることは、真空を使用し、空気を除去し、次いでプロセス反応物質を添加することほど十分に機能しない。

実施例５
実験を既に報告された実験に関して異なる麦藁原料源に対して実施した。

２５℃の温度において、第１の前処理からの液体流および水蒸気爆砕固体流を０．８の液体／固体比において混合することにより対照試料を調製し、次いで、１０％の乾物の含有率に達するまで水を添加して前処理流を得た。

１．３Ｋｇの量の前処理材料を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり１０ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

１．３Ｋｇの量の前処理流を、真空処理に２５℃の温度において供した。真空処理の間、前処理流は、約１００秒後に初期体積の約１３０％に達するまで膨脹した。肉眼で見える気泡が前処理流中で形成された。手により真空容器を振動させることにより、泡を除去し、前処理流は、真空処理前の前処理流の体積の約８０％の体積に達するまで崩壊した。通気後、排出されたリグノセルロース系バイオマスの前処理流を酵素的加水分解に、前処理流中に含有される全セルロース１グラム当たり１０ｍｇのタンパク質の濃度において供した。

酵素的加水分解を、１４４時間の長時間実施した。試料採取を、バイオリアクタ中への挿入直前、ならびに酵素挿入からの６、２４、４８、７２、９６、１２０および１４４時間の加水分解時間後に実施した。

対照試料および真空処理試料についての加水分解時間に対するキシロースおよびグルコースの正規化濃度を図５に報告する。

このデータは、材料を前処理からの水および液体の存在下で真空に曝露したにすぎず、水蒸気爆砕後の自由液体の少なくとも一部を水蒸気爆砕流から分離しなかった場合に変換されるキシロースおよびグルコースの大きい相対量を示す。

Claims (49)

1. 前処理リグノセルロース系バイオマスからのグルコースの回収率を増加させる方法であって、
   Ａ）組成物を真空条件に曝露するステップであって、
   前記組成物は、乾物含有物を有し、
   前記組成物は、前処理プロセスにおいて処理されたリグノセルロース系バイオマスから産生された不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、
   前記前処理プロセス後に前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスに添加された添加液体とを含み、
   前記組成物の総量の重量による前記組成物の前記乾物含有物の重量パーセントは、１から６０重量パーセントの範囲であるステップと、
   Ｂ）前記真空条件への前記組成物の曝露を停止するステップと、
   Ｃ）少なくとも１つの触媒を前記組成物に添加するステップであって、前記触媒は、前記組成物中の前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得るステップと、
   Ｄ）前記組成物中の前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの触媒的加水分解を実施するステップと
   を含む方法。
2. 前記組成物を真空条件に曝露するステップＡ）および前記触媒的加水分解を実施するステップＤ）を、同一容器中で実施しない、請求項１に記載の方法。
3. 前記真空条件は、９５０、９００、８５０、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２５０、２００、１５０、１００、５０、３０、２０、１０、５、および０．５ｍＢａｒからなる群から選択されるミリバール（ｍｂａｒ）で計測される絶対圧未満である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記組成物の総量の重量による前記組成物の乾物の重量パーセントは、１〜５０、１〜４０、１〜３６、１〜３０、１〜２５、１〜２０、１〜１５、１〜１０、および５〜４０からなる群から選択される範囲である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップは、前記真空条件への前記組成物の曝露を、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、および６０分からなる群から選択される最小時間維持することを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記真空条件への曝露が、１５〜５５℃、１５〜５０℃、１５〜４５℃、１５〜３５℃、および１５〜３０℃からなる群から選択される温度範囲からなる温度範囲で実施される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記添加液体は、前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得る触媒を欠く、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 第１の添加液体は、前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスから、前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを前処理するために使用された前処理プロセスの一部として分離されたＣ５を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記添加液体は、類似構成の前処理リグノセルロース系バイオマスの触媒的加水分解から作製された加水分解産物をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記組成物をスクリューにより運搬しながら、前記組成物を前記真空条件に曝露するステップを実施する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記触媒的加水分解の実施を、いかなる真空条件下でも行わない、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 連続法である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記真空条件への曝露前の前記組成物は、アンモニアを欠く、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記触媒は、酵素を含み、前記触媒的加水分解は、酵素的加水分解を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記前処理プロセスは、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理するためにアンモニアを使用しなかった、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前処理リグノセルロース系バイオマスからのグルコースの回収率を増加させる方法であって、
    Ａ）組成物を真空条件に曝露するステップであって、
    前記組成物は、乾物含有物を有し、前記組成物は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを含み、前記組成物の総量の重量による前記組成物の前記乾物含有物の重量パーセントは、１から６０重量パーセントの範囲であり、前記組成物は、自由液体を欠くステップと；
    Ｂ）前記真空条件への前記組成物の曝露を停止するステップと；
    Ｃ）少なくとも１つの触媒を前記組成物に添加するステップであって、前記触媒は、前記組成物中の前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得るステップと；
    Ｄ）前記組成物中の前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの触媒的加水分解を実施するステップと
    を含む方法。
17. 前記真空条件は、９５０、９００、８５０、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２５０、２００、１５０、１００、５０、３０、２０、１０、５、および０．５ｍＢａｒからなる群から選択されるミリバール（ｍｂａｒ）で計測される絶対圧未満である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記組成物の総量の重量による前記組成物の乾物の重量パーセントは、１〜５０、１〜４０、１〜３６、１〜３０、１〜２５、１〜２０、１〜１５、１〜１０、および５〜４０からなる群から選択される範囲である、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップは、前記真空条件への前記組成物の曝露を、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、および６０分からなる群から選択される最小時間維持することを含む、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記真空条件への曝露を、１５〜５５℃、１５〜５０℃、１５〜４５℃、１５〜３５℃、および１５〜３０℃からなる群から選択される温度範囲からなる温度範囲で実施する、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップを、その内部にスクリューを有するシリンダを使用して実施する、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記触媒的加水分解の実施を、いかなる真空条件下でも行わない、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 連続法である、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記真空条件への曝露前の前記組成物は、アンモニアを欠く、請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記前処理プロセスは、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理するためにアンモニアを使用しなかった、請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記触媒は、酵素を含み、前記触媒的加水分解は、酵素的加水分解を含む、請求項１６〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前処理リグノセルロース系バイオマスからのグルコースの回収率を増加させる方法であって、
    Ａ）組成物を真空条件に曝露するステップであって、
    前記組成物は、乾物含有物を有し、前記組成物は、不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマス、および自由液体を含み、前記組成物の総量の重量による前記組成物の前記乾物含有物の重量パーセントは、１から６０重量パーセントの範囲であるステップと、
    Ｂ）前記真空条件への前記組成物の曝露を停止するステップと、
    Ｃ）少なくとも１つの触媒を前記組成物に添加するステップであって、前記触媒は、前記組成物中の前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得るステップと、
    Ｄ）前記組成物中の前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの触媒的加水分解を実施するステップと
    を含む方法。
28. 前記真空条件は、９５０、９００、８５０、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２５０、２００、１５０、１００、５０、３０、２０、１０、５、および０．５ｍＢａｒからなる群から選択されるミリバール（ｍｂａｒ）で計測される絶対圧未満である、請求項２７に記載の方法。
29. 前記組成物の総量の重量による前記組成物の乾物の重量パーセントは、１〜５０、１〜４０、１〜３６、１〜３０、１〜２５、１〜２０、１〜１５、１〜１０、および５〜４０からなる群から選択される範囲である、請求項２７または２８に記載の方法。
30. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップは、前記真空条件への前記組成物の曝露を、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、および６０分からなる群から選択される最小時間維持することを含む、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記真空条件への曝露を、１５〜５５℃、１５〜５０℃、１５〜４５℃、１５〜３５℃、および１５〜３０℃からなる群から選択される温度範囲からなる温度範囲で実施する、請求項２７〜３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップを、その内部にスクリューを有するシリンダを使用して実施する、請求項２７〜３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記触媒的加水分解の実施を、いかなる真空条件下でも行わない、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 連続法である、請求項２７〜３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記真空条件への曝露前の前記組成物は、アンモニアを欠く、請求項２７〜３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記前処理プロセスは、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理するためにアンモニアを使用しなかった、請求項２７〜３５のいずれか一項に記載の方法。
37. 前記触媒は、酵素を含み、前記触媒的加水分解は、酵素的加水分解を含む、請求項２７〜３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 前処理リグノセルロース系バイオマスからのグルコースの回収率を増加させる方法により産生された産物であって、前記方法は、
    Ａ）組成物を真空条件に曝露するステップであって、
    前記組成物は、乾物含有物を有し、前記組成物は、少なくとも１つのガスと、前処理プロセスにおいて処理されたリグノセルロース系バイオマスから産生されたある量の不水溶性炭水化物からなる不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスと、
    前記前処理プロセス後に前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスに添加された添加液体とを含み、
    前記組成物の総量の重量による前記組成物の前記乾物含有物の重量パーセントは、１から６０重量パーセントの範囲であるステップと、
    Ｂ）前記産物中の前記ガスの量が前記真空曝露前に存在する前記ガスの量未満になり、前記真空曝露前の不水溶性炭水化物の量が前記真空への曝露後の不水溶性炭水化物の量と同一になるように、前記真空条件への前記組成物の曝露を停止するステップと
    を含む産物。
39. 前記真空条件は、９５０、９００、８５０、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２５０、２００、１５０、１００、５０、３０、２０、１０、５、および０．５ｍＢａｒからなる群から選択されるミリバール（ｍｂａｒ）で計測される絶対圧未満である、請求項３８に記載の産物。
40. 前記組成物の総量の重量による前記組成物の乾物の重量パーセントは、１〜５０、１〜４０、１〜３６、１〜３０、１〜２５、１〜２０、１〜１５、１〜１０、および５〜４０からなる群から選択される範囲である、請求項３８または３９に記載の産物。
41. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップは、前記真空条件への前記組成物の曝露を、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、および６０分からなる群から選択される最小時間維持することを含む、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の産物。
42. 前記真空条件への曝露を、１５〜５５℃、１５〜５０℃、１５〜４５℃、１５〜３５℃、および１５〜３０℃からなる群から選択される温度範囲からなる温度範囲で実施する、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の産物。
43. 前記添加液体は、前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスを加水分解し得る触媒を欠く、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載の産物。
44. 前記添加液体は、前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスから、前記不水溶性前処理リグノセルロース系バイオマスの前処理の一部として分離されたＣ５を含む、請求項３８〜４３のいずれか一項に記載の産物。
45. 前記添加液体は、類似構成の前処理リグノセルロース系バイオマスの触媒的加水分解から作製された加水分解産物をさらに含む、請求項３８〜４４のいずれか一項に記載の産物。
46. 前記組成物を前記真空条件に曝露するステップを、その内部にスクリューを有するシリンダを使用して実施する、請求項３８〜４５のいずれか一項に記載の産物。
47. 前記方法は、連続法である、請求項３８〜４６のいずれか一項に記載の産物。
48. 前記真空条件への曝露前の前記組成物は、アンモニアを欠く、請求項３８〜４７のいずれか一項に記載の産物。
49. 前記前処理プロセスは、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理するためにアンモニアを使用しなかった、請求項３８〜４７のいずれか一項に記載の産物。

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