JP2015516157A - 前処理高密度化バイオマス微粒子の加水分解方法およびそれに関連するシステム - Google Patents

Abstract

前処理および高密度化されたセルロース系バイオマス微粒子を、加水分解可能なルーズなセルロース系バイオマス繊維の固体負荷率と比較して、高い固体負荷率で加水分解することができる方法が提供される。得られる高濃度の糖含有ストリームは、バイオ燃料または他の全ての有用なバイオプロダクトに容易に変換することができる。【選択図】図７

Description

本出願は２０１２年４月２７日に出願された米国特許出願第１３／４５８，８３０号明細書に対する優先権を主張しており、その出願は２０１１年８月１７日に出願された米国特許出願第１３／２０２，０１１号明細書の一部継続出願であり、その出願は、２０１０年８月２４日に出願され、２０１１年３月１０日に国際公開第２０１１／０２８５４３号パンフレットとして英語で公開された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６５２５号からの３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．３７１に基づく米国国内段階出願であり、その出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）に基づいて２００９年８月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／２３６，４０３号明細書の利益を主張しており、これらは全て、参照によってその全体が本明細書に援用される。

政府の権利の陳述
本発明は、米国エネルギー省サン助成金研究プロジェクト（ＵＳ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｕｎｇｒａｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｊｅｃｔ）授与番号ＤＥ−ＦＧ３６−０８−ＧＯ８８０７３により政府の支援で成された。政府は本発明において特定の権利を有する。

セルロース誘導体ベースのエタノールを製造するための現在の試みは多大な費用がかかり、いくつかのステップを必要とする。

一実施形態では、添加バインダーを有さず、複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維で構成された、少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を含む製品が提供されており、少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子は、バインダーを含有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と実質的に同等の固有密度を有し、そして実質的に平滑な非フレーク状の外側表面を有する。一実施形態では、新規の製品は、微量のアンモニアを含有する。一実施形態では、本製品は、１つまたは複数の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を含み、各微粒子は添加バインダーを有さず、バインダーを含有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と実質的に同等の固有密度を有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を形成するのに十分な量のリグニン被覆植物バイオマス繊維を有する。

一実施形態では、添加バインダーを有さない少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子は、バインダーを含有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と比較して、増大した変形抵抗、増大した硬度、増大した分解抵抗、改善された貯蔵寿命、またはこれらの組み合わせを有する。一実施形態では、新規の製品は、バインダーを含有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と比較して、応力に対してより抵抗することができ、より脆性でないと思われる。

一実施形態では、新規の製品は、バインダーを含有する同じ所与の質量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子よりも硬く、例えば少なくとも２１％硬く、硬度のばらつきが少なくとも２０％少ない。

本明細書において記載される新規の製品は任意の適切な形状およびサイズでよく、例えば、実質的に矩形または実質的に円筒形が含まれる。

一実施形態では、加水分解可能な高密度化微粒子中の複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維のそれぞれは、リグニンによって完全に被覆されている。一実施形態では、複数のリグニン被覆バイオマス繊維の少なくとも一部はヘミセルロースによっても被覆されている。一実施形態では、加水分解可能な高密度化微粒子中の複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維のほとんどがヘミセルロースによっても被覆されている。一実施形態では、加水分解可能な高密度化微粒子中の複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維の実質的に全てがヘミセルロースによっても被覆されており、ヘミセルロースおよびリグニンは別々の成分としてではなく、「ひとまとめ（ｐａｃｋａｇｅ）」で表面に来ると思われる。

本明細書において記載される新規の製品を製造するために、コーンストーバー（ｃｏｒｎ ｓｔｏｖｅｒ）、スイッチグラス（ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ）、マツおよび／またはプレーリーコードグラス（ｐｒａｉｒｉｅ ｃｏｒｄ ｇｒａｓｓ）を含むがこれらに限定されない任意の適切な植物バイオマスが使用され得る。

一実施形態では、新規の製品は、バインダーを含有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と比較して、改善された貯蔵寿命、増大した分解抵抗、増大した流動性、およびより大きいバルク密度を有する。

一実施形態では、容器と、添加バインダーを有さず、容器内に位置する一定量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子とを含む、包装された製品が提供されており、一定量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子は、バインダーを含有する同じ量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子のバルク密度よりも大きいバルク密度を有する。容器は剛性容器であってもフレキシブルバッグであってもよい。

一実施形態では、一定量のバイオマス繊維をアンモニア処理にかけるステップであって、各繊維内に含有されるリグニンの少なくとも一部が各繊維の外側表面に移動されて、一定量の粘着性（すなわち、感触がネバネバする）バイオマス繊維を生じるステップと、一定量の粘着性バイオマス繊維を高密度化して、１つまたは複数の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を生じるステップであって、バインダーを添加することなく一定量の粘着性バイオマス繊維が高密度化されるステップとを含む統合プロセスが提供されている。一実施形態では、アンモニア処理は、各繊維内に含有されるヘミセルロースの少なくとも一部を各繊維の外側表面へ移動させる。一実施形態では、アンモニア処理は、気体ＡＦＥＸ（商標）処理などのアンモニア繊維膨張（ａｍｍｏｎｉａ ｆｉｂｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）（ＡＦＥＸ（商標））処理である。

一実施形態では、統合プロセスはさらに、高い固体負荷（ｓｏｌｉｄｓ ｌｏａｄｉｎｇ）、すなわち１２％よりも高い固体負荷を用いて加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子が加水分解される加水分解ステップを含む。高固体負荷の使用は、遊離された糖の発酵によるバイオ燃料または他のすべての有用なバイオプロダクトへの変換を可能にするために十分に濃縮されたセルロース糖ストリーム（例えば、少なくとも約６〜約８重量％の発酵性糖）をもたらす。一実施形態では、変換は発酵を含む。

セルロース糖ストリームを製造するための種々のシステムおよび／または変換されるセルロース系バイオマスも提供される。

一実施形態では、添加バインダーを有さず、複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維で構成された、所与の質量の少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を含むバイオ燃料が提供されており、少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子は、バインダーを含有する同じ所与の質量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と実質的に同等の固有密度を有し、そして実質的に平滑な非フレーク状の外側表面を有する。このようなバイオ燃料は、バイオマス燃焼ストーブまたはボイラーにおいて有用であり得る。

一実施形態では、添加バインダーを有さず、複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維で構成された、所与の質量の少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を含む動物飼料が提供されており、少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子は、バインダーを含有する同じ所与の質量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と実質的に同等の固有密度を有し、そして実質的に平滑な非フレーク状の外側表面を有する。本動物飼料は、バインダーを含有する加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を含有する動物飼料と比較して、改善された消化性を有する。

一実施形態では、添加バインダーを有さず、複数のリグニン被覆植物バイオマス繊維で構成された、所与の質量の少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を含む固体材料が提供されており、少なくとも１つの加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子は、バインダーを含有する同じ所与の質量の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子と実質的に同等の固有密度を有し、そして実質的に平滑な非フレーク状の外側表面を有する。本固体材料は建設において、例えば、繊維板または押出繊維状建築材料などにおいて有用である。

得られる高密度化バイオマス微粒子は、化学触媒作用または化学変換を用いる動物飼料、他の全てのバイオプロダクトの製造、他の生化学的用途、発電用途（例えば、ボイラー、バイオマス燃焼ストーブなどにおける燃焼）のためのものを含むバイオ燃料、固体材料の構成要素、例えば繊維板および押出繊維状建築材料としての用途などを含むがこれらに限定されない様々な用途において有用である。

図１は、種々の実施形態に従う、ＡＦＥＸ（商標）前処理されたコーンストーバー（ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ）、ＡＦＥＸ（商標）前処理されたスイッチグラス（ＡＦＥＸ（商標）−ＳＧ）、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットおよびＡＦＥＸ（商標）−ＳＧブリケットを示す画像を含む。 図２は、種々の実施形態に従う、バインダーを含有する非ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットおよびＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットの画像を含む。 図３Ａは、種々の実施形態に従う、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット、および浸漬したＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットを含む３つのバイオマスサンプルのある時点で撮影された画像である。 図３Ｂは、種々の実施形態に従う、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット、および浸漬したＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットを含む３つのバイオマスサンプルの別の時点で撮影された画像である。 図３Ｃは、種々の実施形態に従う、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット、および浸漬したＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットを含む３つのバイオマスサンプルの別の時点で撮影された画像である。 図３Ｄは、種々の実施形態に従う、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット、および浸漬したＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットを含む３つのバイオマスサンプルの別の時点で撮影された画像である。 図３Ｅは、種々の実施形態に従う、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット、および浸漬したＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットを含む３つのバイオマスサンプルの別の時点で撮影された画像である。 図４は、種々の実施形態に従う、図３Ｃ〜３Ｅに示されるバイオマスサンプルの６時間、２４時間および７２時間におけるグルカン変換％対バイオマスを示す画像グラフである。 図５は、種々の実施形態に従う、図３Ｃ〜３Ｅに示されるバイオマスサンプルの６時間、２４時間および７２時間におけるキシラン変換％対バイオマスを示すグラフである。 図６は、種々の実施形態に従って複数のサイズおよび水分含量で製造されたＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーペレットのバルク密度を示すグラフである。 図７Ａ〜７Ｈは、種々の実施形態に従って、加水分解可能な高密度化微粒子を用いる加水分解プロセス（７Ａ〜７Ｄ）と、ルーズなバイオマス繊維を用いる従来の加水分解プロセス（７Ｅ〜７Ｈ）との目視比較を提供する略図であり、図７Ａは加水分解可能な高密度化微粒子を用いる加水分解プロセスを示す。 図８は、種々の実施形態に従って４つの異なる水分含量で製造されたＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーペレットのグルコース濃度を示すグラフである。

以下の詳細な説明において、実施形態は、当業者がこれらを実施することができるように十分に詳細に説明されており、他の実施形態が使用され得ること、本発明の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく化学的変化および手順の変化が成され得ることを理解すべきである。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されてはならず、実施形態の範囲は特許請求の範囲によってのみ定義される。

「バイオマス」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、エネルギー源として再生可能な生物資源から収集または捕集された有機物質を指す。再生可能な生物資源は、植物材料、動物材料、および／または生物学的に産生される材料を含むことができる。「バイオマス」という用語は再生可能ではない化石燃料を含まないと考えられる。

「植物バイオマス」または「リグノ−セルロース系バイオマス（ＬＣＢ）」という用語は、本明細書で使用される場合、事実上、再生可能な方式でエネルギーを生じるために利用可能なその主要な炭水化物（木質または非木質）としてセルロースおよび／またはヘミセルロースを含有するあらゆる植物由来の有機物質を指すことが意図される。植物バイオマスは、農作物廃棄物および残渣、例えば、コーンストーバー、麦わら、稲わら、サトウキビバガスなどを含むことができるが、これらに限定されない。植物バイオマスはさらに、木質エネルギー作物、木材廃棄物および残渣、例えば、結実する木（例えば、リンゴの木、オレンジの木など）などの果樹を含む木など、針葉樹林間伐材、樹皮廃棄物（ｂａｒｋｙ ｗａｓｔｅ）、おがくず、紙およびパルプ産業廃棄物ストリーム、木材繊維などを含むが、これらに限定されない。さらに、プレーリーコードグラスを含む種々のプレーリーグラス、スイッチグラス、ビッグブルーステム、リトルブルーステム、サイドオーツグラマなどの牧草作物は、付加的な植物バイオマス源として大規模に生産される可能性がある。都市部では、可能性のある植物バイオマス原料には、庭の廃棄物（例えば、刈り取った草、葉、切り取った木、小枝など）および野菜加工廃棄物が含まれる。植物バイオマスは、自然界で利用可能な炭水化物の最もよく見られる形態であることが知られており、コーンストーバーは、現在、米国内で容易に入手可能な最大の植物バイオマス源である。修飾語を伴わずに使用される場合、「バイオマス」という用語は、ＬＣＢを指すことが意図される。

「バイオ燃料」という用語は、本明細書で使用される場合、生物学的および／または化学的に製造されるあらゆる再生可能な固体、液体または気体燃料、例えばバイオマスに由来するものを指す。ほとんどのバイオ燃料は、元々は光合成プロセスなどの生物学的プロセスに由来し、従って、太陽または化学エネルギー源であると考えることができる。天然ポリマー（例えば、キチンまたは特定の微生物セルロース源）などのその他のバイオ燃料は光合成中に合成されないが、それにもかかわらず、これらは生分解性であるためにバイオ燃料と考えることができる。一般に、光合成中に合成されるバイオマスに由来するバイオ燃料は３種類あると考えられ、すなわち、農業バイオ燃料（以下で定義される）と、都市廃棄物バイオ燃料（ガラスおよび金属などの再生利用可能な材料のほとんどが除去された、家庭用および軽商業ごみまたは廃物）と、森林バイオ燃料（例えば、木材製品、木材繊維、パルプおよび製紙業からの木、廃棄物または副産物ストリーム）とである。光合成中に合成されないバイオマスから製造されるバイオ燃料には、Ｎ−アセチルグルコサミンポリマーとして知られるセルロースの化学的に修飾された形態であるキチンに由来するものが含まれるが、これらに限定されない。水産養殖産業によって生じる廃棄物は魚介類の殻を含むので、キチンは、その廃棄物の重要な成分である。

「農業バイオ燃料」という用語は、本明細書で使用される場合、農作物、リグノセルロース作物残渣、穀物加工施設廃棄物（例えば、小麦／オート麦外皮、コーン／豆微粉、規格外材料など）、畜産施設廃棄物（例えば、肥料、屠殺体など）、家畜加工施設廃棄物（例えば、望ましくない部分、洗浄ストリーム、汚染材料など）、食品加工施設廃棄物（例えば、グリース、脂肪、茎、殻、中間プロセス残渣、すすぎ／洗浄ストリームなどの分離廃棄物ストリーム）、付加価値のある農業施設の副産物（例えば、湿潤穀物蒸留粕（ｄｉｓｔｉｌｌｅｒ’ｓ ｗｅｔ ｇｒａｉｎ）（ＤＷＧ）およびエタノール製造施設からのシロップなど）などに由来するバイオ燃料を指す。家畜産業の例としては、牛肉、豚肉、七面鳥、鶏肉、卵および酪農施設が挙げられるが、これらに限定されない。農作物の例としては、任意のタイプの非木質植物（例えば、綿）、コーン、小麦、大豆、ソルガム、大麦、オート麦、ライ麦などの穀物、草本（例えば、ピーナッツ）、スイッチグラス、アルファルファなどの短期輪作草本作物などが挙げられるが、これらに限定されない。

「前処理ステップ」という用語は、本明細書で使用される場合、より効率的かつ経済的に糖、有機酸などの反応性中間化合物に変換され得るように天然バイオマスを変化させることが意図される任意のステップ、すなわち処理を指し、これらの中間化合物は、次に、エタノール、イソ−ブタノール、長鎖アルカンなどの様々な最終生成物にさらに加工され得る。前処理は、高分子基質の結晶化度を低下させ、リグニンのバイオマス変換への干渉を低減することができ、および構造性炭水化物の一部を加水分解することによって、従って、その酵素消化性が増大され、有用な生成物へのバイオマスの分解が加速される。前処理方法は、種々の濃度の酸（硫酸、塩酸、有機酸などを含む）および／またはアルカリ（例えば、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、生石灰など）を用いることができる。前処理方法は、付加的または代替的に、水熱処理（水、熱、水蒸気または加圧水蒸気を含む）を用いることができる。前処理は、種々のタイプの容器、反応器、パイプ、フロースルーセルなどにおいて発生または展開され得る。ほとんどの前処理方法は、リグニンの部分的もしくは完全な可溶化および／もしくは不安定化、ならびに／またはヘミセルロースからペントース糖への加水分解を引き起こすであろう。

「水分含量」という用語は、本明細書で使用される場合、バイオマスの水分パーセントを指す。水分含量は、湿潤バイオマス（バイオマスの乾燥物質＋液体）１グラム当たりの水などの液体のグラム数×１００％として計算される。従って、本明細書において限定なしに使用される場合、水分含量％は全重量基準を指す。

「アンモニア繊維膨張」（以下、「ＡＦＥＸ（商標）」）前処理という用語は、本明細書で使用される場合、バイオマスをアンモニアで前処理して、リグニンを植物細胞壁から可溶化し、バイオマスの表面に再度付着させるためのプロセスを指す。ＡＦＥＸ（商標）前処理はリグノセルロースマトリックスを破壊し、従って、リグニンの構造が修飾され、ヘミセルロースが部分的に加水分解され、セルロースおよび残りのヘミセルロースがその後の酵素分解を受けやすくされる。リグニンは天然バイオマスの酵素加水分解の主要な障害であり、リグニンの除去、再配置または変形は、ＡＦＥＸ（商標）を含む先導的な前処理技術のうちのいくつかの推測されるメカニズムである。

しかしながら、多数の他の前処理とは対照的に、ＡＦＥＸ（商標）プロセスのより低温および非酸性条件は、リグニンおよび／または糖が、微生物活動に悪影響を与え得るフルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール、および有機酸に変換されるのを防止する。プロセスはさらにセルロース繊維を膨張および膨潤させ、さらにリグノセルロース系バイオマス中の非晶質ヘミセルロースを破壊する。これらの構造変化は植物細胞壁構造を開き、栄養価および物質の組成を保存したまま、リグノセルロース系バイオマスから付加価値のある生成物へのより効率的で完全な変換を可能にする。例えば、米国特許第６，１０６，８８８号明細書、米国特許第７，１８７，１７６号明細書、米国特許第５，０３７，６６３号明細書、および米国特許第４，６００，５９０号明細書に記載される方法を参照されたい。これらは全て、あたかも本明細書中に完全に記載されているかのように、参照によってその全体が本明細書に援用される。

「凝縮ＡＦＥＸ（商標）前処理」という用語は、本明細書で使用される場合、本明細書で定義されるＡＦＥＸ（商標）前処理であって、液体アンモニアではなく気体アンモニアを使用するものを指す。高温アンモニアガスをより冷たいバイオマス上に直接凝縮させることによってバイオマスが急速に温まり、アンモニアおよびバイオマスが緊密に接触する。

「添加バインダー」という用語は、本明細書で使用される場合、高密度化バイオマス微粒子の安定性を改善するのに十分な量で前処理バイオマス繊維に添加または適用される天然および／もしくは合成物質、ならびに／またはエネルギー形態を指す。一般的な添加バインダーの例としては、外因性熱、水蒸気、水、コーンスターチ、リグニン化合物、褐炭、コーヒー粉末、樹液、ピッチ、ポリマー、塩、酸、塩基、糖蜜、有機化合物、尿素、およびタールが挙げられるが、これらに限定されない。また、結合および他の特性（例えば、色、味、ｐＨ安定性、および耐水性など）を改善するために特殊添加剤も使用される。

添加エネルギーの形態である添加バインダーは、通常、全面的に加えられる熱の形態、すなわち対流熱または伝導熱などの外因性熱であるが、放射熱も同じ目的のために使用され得る。意図された外因性熱の添加は、材料の加工の結果として発生する内因性熱、例えば、高密度化装置において操作中に発生する摩擦熱などとは対照的である。従って、バイオマスの前処理および／または高密度化に伴われる熱は、本明細書では「添加バインダー」であるとは考えらない。添加バインダーは、高密度化プロセスの前、最中、後のどの時点で前処理バイオマスに添加されてもよい。添加バインダーの量は、高密度化される基質に応じて変わり得る。

「微粒子」または「バイオマス微粒子」という用語は、本明細書で使用される場合、別箇の断片に分割可能な単一の微粒子製品を形成するために圧縮された複数のルーズな（ｌｏｏｓｅ）バイオマス繊維から形成される、高密度化された（すなわち、固体）バイオマスを指す。微粒子は加水分解可能であっても加水分解できなくてもよく、サイズは、小さい微細粒子（粉末よりも大きい）から、ペレットおよびブリケット、またはれんがなどの大きい物体、またはヘイベール（ｈａｙ ｂａｌｅ）などのより大きいもの、または任意の適切な質量を有するより大きいものまで変動し得る。微粒子の特定の形状および質量は、使用されるバイオマスのタイプ、微粒子を形成するために使用される圧力量、所望される微粒子の長さ、特定の最終用途などを含む様々な因子に依存するであろう。

「ブリケット」という用語は、本明細書で使用される場合、圧縮された微粒子を指す。

「ペレット」という用語は、本明細書で使用される場合、押出された微粒子、すなわち材料がダイから押出される成形プロセスを用いて形成された圧縮微粒子を指す。

「流動性」という用語は、本明細書で使用される場合、重力のみを用いて微粒子が容器から流れ出る能力を指す。従って、流動性が増大された製品は、流動性がより低い製品と比較して、より速い速度で容器から流れ出るであろう。

「ロジスティカル特性（ｌｏｇｉｓｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）」という用語は、本明細書で使用される場合、貯蔵、取扱い、および輸送に関連する微粒子の１つまたは複数の特性を指し、安定性、貯蔵寿命、流動性、高バルク密度、高真密度、圧縮性、耐久性、緩和、スプリングバック、透過性、拘束されない降伏強さ（ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）などが含まれ得るが、これらに限定されない。

「固体負荷」という用語は、本明細書で使用される場合、固体、液体および加水分解添加剤（例えば、酵素）を含む加水分解混合物中の固体の重量パーセントを指す。固体は、ルーズなセルロース繊維または高密度化されたセルロース微粒子であり得る。

リグノセルロース系バイオマスからのセルロース系バイオ燃料の製造は、環境的および社会的な持続可能性の両方の利益のためにかなりの勢いを得ている。しかしながら、技術はまだ完全に商業化されていない。糖プラットフォームを用いたセルロース系バイオ燃料の製造を妨害する１つの問題は、リグノセルロース系バイオマス中の特定の成分の加水分解抵抗性である。

リグノセルロース系バイオマス、すなわち単子葉植物などの植物バイオマスのほぼすべての形態は、３つの主要な化学画分：ヘミセルロース、セルロース、およびリグニンを含む。フェノール分子のポリマーであるリグニンは植物に構造的な完全性を提供し、加水分解するのが困難である。従って、バイオマス中の糖がアルコールなどのバイオプロダクトに発酵された後、リグニンは残留材料（すなわち、厄介なリグニンマトリックス）として残る。

植物細胞壁中のセルロースおよびヘミセルロースは、厄介なリグニンマトリックス内に複合構造で存在する。ヘミセルロースは、大部分は５炭素ペントース糖（キシロースおよびアラビノース）と、それより少ない６炭素ヘキソース糖（ガラクトース、グルコースおよびマンノース）との高度に分枝した短鎖のポリマーである。その分枝状構造のために、ヘミセルロースは非晶質であり、酵素または希酸処理によってその個々の構成糖に加水分解するのが比較的容易である。セルロースは、α（１→４）結合Ｄ−グルコースを含む線状／分枝状ポリマーを有するデンプン（乾燥穀類および湿式ミルエタノールプラントにおけるコーン穀粒の主要な基質である）とよく似た、植物細胞壁中のβ（１→４）結合Ｄ−グルコースを含む線状ポリマーである。しかしながら、デンプンとは違って、セルロースのグルコース糖はβ−グリコシド結合によって一列に連ねられ、セルロースが密接に関連した直鎖を形成できるようにする。セルロース鎖の間に生じ得る高度の水素結合のためにセルロースは強固な結晶構造を形成し、これは非常に安定しており、デンプンまたはヘミセルロースポリマーよりも化学的または酵素的な攻撃による加水分解に対してはるかに抵抗性である。ヘミセルロース糖はバイオ燃料への変換のための「低い位置にぶら下がっている（ｌｏｗ−ｈａｎｇｉｎｇ）」果実を表すが、セルロースの含量が実質的により高いと、植物バイオマス１トン当たりを基準とするバイオ燃料収率を最大にする、より大きな可能性が示される。

従って、細胞壁マトリックスを変化させて開くため、ヘミセルロースを加水分解するため、そして結晶化度を低下させるために、前処理プロセスが使用される。前処理はリグノセルロース系バイオマスの厄介な部分、例えばセルロースおよびリグニンを破壊し、従ってその消化性が改善される。前処理の後、バイオマスの多くは容易に消化できるようになるが、かなりの量は厄介なままである。最終的に、前処理プロセスは、炭水化物ポリマーの発酵性糖への変換のために、セルロースを（その後の加水分解プロセスの間に）より利用し易くする（Ｂａｌａｎら ２００８年、Ｓｉｅｒｒａら ２００８年、ＳｕｎおよびＣｈｅｎｇ ２００２年）。例えば、アンモニア繊維膨張（ＡＦＥＸ（商標））は農業残渣の細胞壁を開くことができ、酸性前処理と比べて分解生成物が大幅に低減される（Ｃｈｕｎｄａｗａｔら、２０１０年）が、酸性前処理は依然として実行可能な選択肢である。

その他の前処理方法には、例えば、アンモニア再生パーコレーション（ＡＲＰ）、濃酸加水分解前処理、希酸加水分解、２段階酸加水分解前処理、高圧熱水に基づく方法、すなわち、水蒸気爆発および熱水抽出（ａｑｕｅｏｕｓ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）などの水熱処理、反応器システム（例えば、バッチ、連続流、逆流、フロースルーなど）、生石灰処理およびｐＨに基づく処理、水熱または化学的前処理、その後の酵素加水分解（すなわち、酵素触媒による加水分解）または同時の酵素加水分解および糖化が含まれる。上記のように、いくつかの方法は、可溶性ペントース糖を高い収率で効率的に回収するために、ヘミセルロース画分のほぼ完全な加水分解を生じる。これらの糖の回収は、包囲するヘミセルロースおよびリグニンの物理的除去も容易にし、従ってセルロースがその後の加工にさらされる。

セルロースは、前処理の後、加水分解の間に、その成分糖への変換により利用可能であるが、発酵が下流で生じるためには、得られる糖濃度は適切なレベルである必要がある（例えば、少なくとも約６重量％の発酵性糖、または一実施形態では、少なくとも約７％または約８％またはそれを超える、約９％までまたはそれを超える、約１８％までまたはそれを超え、これらの間の任意の範囲が含まれる）。糖ストリーム濃度を増大させるためのいくつかの試みには、より少量の前処理バイオマスを用いてより稀薄なセルロース糖ストリームを生じさせてから、このストリームを濃縮してより高い糖レベルを達成することが含まれる。しかしながら、このような糖ストリームの濃縮はコストがかかる。

さらに、前処理されたルーズなバイオマス繊維は液体を急速に吸収するので、より多量のルーズなバイオマス繊維を使用すると、すなわちバイオマスの固体負荷が１２％よりも高い（例えば、バイオマス、液体および酵素の全重量１ｋｇ当たりの前処理されたルーズなバイオマス繊維が１２０ｇ、またはそれを超える）と、混合するのが困難であり得る生成物、および／または効率的に加水分解されない生成物が生じる。この問題を克服する試みとしては、前処理されたルーズなバイオマス繊維を少量添加することによるバッチモードの操作が挙げられ、それぞれの連続的な負荷は、既に添加されたバイオマス繊維の液化が達成された後にのみ加水分解タンクに添加される。バッチプロセスが２バッチまたは３バッチしか含まないとしても、連続する液化段階が必要とされるので、長期間の初期液化という結果になる。

この問題を克服するその他の選択肢としては、反応器の内径に関する羽根車のサイズのために現在は「特殊」と見なされている反応器および羽根車の使用が挙げられる。このような反応器は、反応器の内径と実質的に同一の長さの直径を有する羽根車を有する、すなわち羽根車サイズの反応器直径に対する比率は約３：４よりも大きい。例としては、水平パドルミキサ、水平リボンブレンダ、鉛直ヘリカルリボン、アンカー型羽根車などが挙げられるが、これらに限定されない。しかしながら、このような反応器は、より小さい羽根車を有するものよりも高価である傾向がある。さらに、その重量のために、これらは必ずしも大型容器（＞５００，０００Ｌ）に適しているとは限らない。

種々の実施形態は、ルーズなバイオマス繊維を前処理および高密度化して、加水分解可能な前処理高密度化バイオマス微粒子（以下、「加水分解可能な微粒子」）を生じさせるための方法を提供する。従来の高密度化プロセスとは対照的に、本明細書に記載される実施形態は、得られる加水分解可能な微粒子のロジスティカル特性または安定性を改善するために添加バインダーに頼らない。それどころか、本明細書において議論されるように、驚くことにそして予想外に、高密度化段階でバインダーを添加することなく、すなわち「添加バインダーなし」で（種々の実施形態では、高密度化の前の前処理段階で、または高密度化後の任意の時点でバインダーを添加することなく）、非常に安定した高品質の加水分解可能な微粒子を製造できることが本発明者らによって決定された。

このような微粒子は、時間および／または収率に関して加水分解効率を改善し、最終的には下流で変換が生じるのを可能にすることがここで示された。これらの改善は、１つには、本明細書で記載される加水分解可能な微粒子がルーズなバイオマス繊維（前処理されたルーズなバイオマス繊維も含む）と比較して、加水分解中に予想外により高い固体負荷を可能にするからである。加水分解可能な高密度化微粒子を用いる本明細書に記載される新規の加水分解プロセスの一実施形態と、ルーズなバイオマス繊維を用いる従来の加水分解プロセスとの目視比較は、図７Ａ〜７Ｈの略図に示される。この視覚的な表示は実施例８で実施される試験とも相関するので、図７Ａ〜７Ｈは、実施例８においてさらに説明される。得られる糖ストリームが効果的な変換を提供するように十分に高い濃度であるばかりでなく、今や下流のバイオプロダクトをより効率的かつ費用効果的に製造することができる。

一実施形態では、加水分解可能な微粒子は、約１５％まで、またはそれを超える、例えば約３５％まで（これらの間の任意の範囲が含まれる）の高い固体負荷（すなわち、加水分解可能な微粒子の含量が、加水分解可能な微粒子、液体および酵素の組み合わせの１２％よりも多い）を用いて、酵素的に加水分解される。加水分解可能な微粒子を高固体負荷で使用すると、発酵などの変換のために十分に濃縮されたセルロース糖ストリームが得られる。

任意の適切な前処理方法を使用することができる。一実施形態では、アンモニア繊維膨張法（ＡＦＥＸ（商標））前処理が使用される。

一実施形態では、ルーズなバイオマス繊維は、濃アンモニアの存在下、約６０℃〜約１００℃の温度まで加熱される。例えば、参照によってその全体が本明細書中に援用されるＤａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００４，「Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｒｎ ｓｔｏｖｅｒ ｕｓｉｎｇ ａｍｍｏｎｉａ ｆｉｂｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ＡＦＥＸ^ＴＭ）」，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１１５：９５１−９６３を参照されたい。次に、急速な圧力降下によってバイオマス構造の物理的な破壊が生じ、多くの前処理に共通している極度の糖分解を伴わずに、セルロースおよびヘミセルロース繊維が露出される。

アンモニアのほとんどすべてを回収して再使用することができ、残りのアンモニアは発酵における微生物の窒素源としての役割を果たす。一実施形態では、約１〜２ｗｔ％のアンモニアは前処理バイオマス上に残存する。

さらに、プロセスには洗浄ストリームが存在しないので、ＡＦＥＸ（商標）処理後の乾燥物質の回収は本質的に定量的である。これは、ＡＦＥＸ（商標）が基本的に乾燥から乾燥への（ｄｒｙ ｔｏ ｄｒｙ）プロセスだからである。

ＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスは非ＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスよりも長い期間（例えば、少なくとも１年まで）安定しており、２０％固体を容易に超えることができない希酸または他の水性前処理と比較して、酵素加水分解または発酵プロセスにおいて非常に高固体負荷（例えば、少なくとも約４０％など）で供給され得る。

またセルロースおよびヘミセルロースはＡＦＥＸ（商標）プロセスにおいてうまく保存され、分解を少ししか示さない。従って、ＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスの酵素加水分解の前に中和が必要とされない。またＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスの酵素加水分解は、その後の発酵のためのきれいな糖ストリームを生じる。

ＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスからの分解生成物も同定および定量化されている。このような研究の１つは、ＬＣ−ＭＳ／ＧＣ−ＭＳ技術を用いて、ＡＦＥＸ（商標）および酸前処理コーンストーバーを比較した。酸前処理原料では、有機酸、フラン、芳香族化合物、フェノール類、アミドおよびオリゴ糖を含む４０を超える主要な化合物が検出された。穏やかなアルカリ条件下で実施されるＡＦＥＸ（商標）前処理は、ほんの少しの酢酸、ＨＭＦ、およびフルフラールしか生じなかった。Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００４（上記）、およびＤａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ，２００５ｂ，「Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ Ｕｓｉｎｇ Ａｍｍｏｎｉａ Ｆｉｂｅｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ＡＦＥＸ^ＴＭ）」，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｖｏｌ．１２１−１２４．ｐｐ．１１３３−１１４２を参照されたい。またＤａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００５ａ．「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｍｏｎｉａ Ｆｉｂｅｒ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ（ＡＦＥＸ^ＴＭ）Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｒｎ Ｓｔｏｖｅｒ」，Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｖｏｌ．９６，ｐｐ．２０１４−２０１８も参照されたい。

一実施形態では、実施例１に記載されるように、修正ＡＦＥＸ（商標）前処理プロセス、すなわち気体ＡＦＥＸ（商標）前処理が使用される。この方法では、バイオマスそのものの上に凝縮する気体アンモニアが使用される。

一実施形態では、ＡＦＥＸ（商標）前処理条件は、特定のバイオマスタイプに対して最適化される。このような条件には、アンモニア負荷、バイオマスの水分含量、温度、および滞留時間が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態では、コーンストーバーは、約９０℃の温度、アンモニア：乾燥コーンストーバーの質量比１：１、コーンストーバーの水分含量３７．５％、および滞留時間（標的温度における保持時間）５分においてＡＦＥＸ（商標）前処理にかけられる。一実施形態では、スイッチグラスは、約１００℃の温度、アンモニアｋｇ：乾燥物質ｋｇが１：１のアンモニア負荷、４５％の水分含量（全重量に基づく）、５分間の滞留時間において、ＡＦＥＸ（商標）前処理にかけられる。

ＡＦＥＸ（商標）処理および非処理サンプルの加水分解結果はそれぞれ９３％対１６％であるグルカン変換を示す。最適化ＡＦＥＸ（商標）処理されたスイッチグラスのエタノール収率は、乾燥バイオマス１ｇ当たりエタノール約０．２ｇであると測定された。これは、非処理サンプルよりも２．５倍多い。Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００５ｂ（上記）を参照されたい。

一実施形態では、グルカン１ｇ当たり６０ろ紙単位（ｆｉｌｔｅｒ ｐａｐｅｒ ｕｎｉｔ）（ＦＰＵ）のセルラーゼ酵素（乾燥コーンストーバー１ｇ当たり２２ＦＰＵに等しい）を用いたＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーの酵素加水分解において、グルコースの理論的収率の約９８％が得られた。

エタノール収率は、非処理サンプルの２．２倍まで増大することが示された。一実施形態では、６０ＦＰＵと比べてより低い、グルカン１ｇ当たり１５および７．５ＦＰＵ／ｇである酵素負荷は、グルコース収率にあまり影響を与えない。この実施形態では、処理温度が上昇すると、異なる酵素レベルにおける効果の違いは小さくなる。例えば、Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００４（上記）、およびＤａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００４（上記）を参照されたい。

スイッチグラスおよびコーンストーバーの加水分解および発酵のために最適なＡＦＥＸ（商標）前処理条件も、Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００４（上記）；Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ，２００５ｂ（上記）；およびＤａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．，２００５ｂ（上記）において議論されている。

一実施形態では、アンモニア負荷が著しく低減され、所要のアンモニア濃度がより低い修正ＡＦＥＸ（商標）前処理が使用される。Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ（Ｎｅｗｔｏｎ）Ｓｅｎｄｉｃｈ，ｅｔ ａｌ．，「Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｍｍｏｎｉａ ｆｉｂｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ＡＦＥＸ^ＴＭ）ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｉｎｉｍｕｍ ｅｔｈａｎｏｌ ｓｅｌｌｉｎｇ ｐｒｉｃｅ」，２００８，Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ９９：８４２９−８４３５および米国特許出願公開第２００８／０００８７３号明細書（Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．）を参照されたい。

一実施形態では、ＡＦＥＸ（商標）処理の代わりに、あるいはＡＦＥＸ（商標）処理に加えて、水蒸気が前処理として使用される。しかしながら、水蒸気は糖の利用可能性を低減させる傾向があり、従って動物飼料の全体的な品質が低下する。それにもかかわらず、水蒸気は、前処理の実行可能な任意選択の実施形態である。

バイオマス繊維が高密度化されているとき、加水分解可能な微粒子に形成されるにつれて繊維自体は通常熱くなる。このような内因性熱は、当該技術分野において知られているように、押出または圧縮プロセスの間に生じる摩擦熱を含み得る。本明細書において定義されるように、このような熱は「添加バインダー」であるとは考えらない。

本明細書において記載されるように高密度化プロセスの間に添加バインダーは使用されないが、一実施形態では、高密度化の前に、添加バインダーがルーズなバイオマス繊維に添加または適用され得る。前処理の間の水などの液体の添加は、加水分解可能な微粒子の水分含量を約１０〜約５０％の間に上昇させ得る。

水蒸気は、ＡＦＥＸ（商標）前処理などの前処理の前および／または前処理中に、反応容器内で使用することができる。前処理の間にルーズなバイオマス繊維に水蒸気を添加すると、加水分解の間に、加水分解可能な微粒子全体にわたってより均一に水が分配可能になり得る。一実施形態では、添加バインダーは、加水分解可能な微粒子に（すなわち、高密度化の後に）適用または添加されるが、このようなステップは加工コストを増大させ得る。高密度化プロセスが完了すると、水蒸気は加水分解された微粒子から蒸発し、十分に乾燥した生成物、すなわち通常約５〜約２０％の水分含量の生成物が残るが、実施形態はそのように限定されない。

「添加バインダー」の定義において記載される最少量の種々の物質およびエネルギー源は、前処理および／または高密度化プロセス中、そして／あるいは高密度化プロセス後の任意の時点において、バイオマス微粒子のロジスティカル特性および／または安定性を改善しない量で添加されてもよく、従って、本明細書において定義される「添加バインダー」としての役割を技術的には果たさないことに注意すべきである。しかしながら、このような添加は加工コストを増大させ得る。

リグニンを表面に移動させるために水酸化ナトリウムなどの不揮発性塩基も使用され得るが、蒸発の後に残存する水酸化ナトリウムは、動物飼料および他の用途などの、処理された材料のさらなる用途に悪影響を及ぼし得る。

また、温度が繊維内のオリゴマー（例えば、リグニン、ヘミセルロース）のガラス転移温度まで達するために、ＡＦＥＸ（商標）（および／または水蒸気）などの前処理は、これらのオリゴマー（主として、リグニン）、およびいくつかの実施形態では一定量のヘミセルロースを表面に移動させる。表面上に移動すると、リグニンおよびヘミセルロースは粘着性である。驚くことに、これらのオリゴマー（リグニンまたはリグニンおよびヘミセルロース）は、少なくとも、添加バインダー（この用語は本明細書において定義される通りである）を用いて高密度化された加水分解可能な微粒子に匹敵する特性を提供するのに十分な粘着性を有する。種々の実施形態において、高密度化の前、最中または後を含むプロセスのどの時点でも添加バインダーは使用されない。

従って、本発明者らは、前処理バイオマスを加水分解可能な微粒子に形成する前に、これらに、「添加バインダー」（「硬化（ｃｕｒｉｎｇ）」と呼ばれることもあり、通常は添加水蒸気の使用による）を適用または添加する（例えば、外因性熱を用いる）必要がないだけではないことを発見した。さらに、驚くべきそして予想外なのは、添加バインダーを含有する従来の加水分解可能な微粒子よりも優れていなくても少なくとも同程度に良好であるロジスティカル特性を有する加水分解可能な微粒子を生じるために、高密度化の間にどんな形態の「添加バインダー」も適用または添加する必要がない（そして、種々の実施形態では、高密度化の前または後に「添加バインダー」を適用または添加する必要がない）という発見である。プロセスの間のどの時点でも（特に、高密度化中に）添加バインダーを添加および／または適用するステップを省略できることは、さらに、製造中に著しいコスト削減を提供し、環境に優しいだけでなく非常に経済的かつ輸送可能な（従来の手段により輸送可能であることを含む）製品をもたらす。

一実施形態では、高密度化装置は、隣接するギアの歯の間の先細チャネルを通してバイオマスを圧縮するためにギアメッシュシステムを用いる。この高密度化装置は、６０℃よりも低い温度で動作する（実施例２を参照）。このような高密度化装置は、ブリケット（この用語は本明細書において定義される通りである）を作るために使用することができる。一実施形態では、エネルギー消費は最小限にされ、物理的および下流の加工特性が最適化される。

一実施形態では、高密度化装置は押出装置であり、従来の実質的に円筒形の微粒子（現在は一般的にペレットと呼ばれる）を形成することができる（実施例４を参照）。

一実施形態では、統合されたバイオマス前処理および高密度化プロセスが提供される。特定の実施形態では、アンモニア繊維膨張（ＡＦＥＸ（商標））前処理または凝縮ＡＦＥＸ（商標）前処理などのアンモニア処理は圧縮プロセスと併せて使用されて、添加バインダーを必要としないプロセスで加水分解可能な微粒子を生じさせる。

一実施形態では、加水分解可能な微粒子は、細切り（ｃｈｏｐｐｅｄ）バイオマス（約５０ｋｇ／ｍ^３である）の少なくとも１０倍のバルク密度を有する加水分解可能なブリケットである。一実施形態では、加水分解可能な微粒子は、約５５０ｋｇ／ｍ^３のバルク密度を有する加水分解可能なペレットである。本明細書に記載される統合プロセスの使用により、加工プラントにおけるさらなる前処理の必要性が排除され、さらに低密度の原料ベール（ｂａｌｅ）を輸送するのに必要な距離が最小限にされる。

一実施形態では、加水分解可能な微粒子は、種々のバイオプロダクトを製造するために、加水分解および／または変換（例えば、発酵）および／またはさらなる加工などの、穀物のさらなる加工のために使用される現存の輸送および取扱いインフラストラクチャーを用いて中央加工施設に輸送される。

一実施形態では、ＡＦＥＸ（商標）条件は、ルーズなバイオマス粒子の本来の結合特性を向上させ、そして高密度化および貯蔵の後の加水分解効率を増大させるために、加工されるバイオマスのタイプに従って最適化される。

さらに、ブリケットの下流の加工特性は、変換速度（例えば、発酵速度）、収率などに関して、非高密度化バイオマスと少なくとも同程度に良好であるか、あるいはそれよりも優れているであろうと予想される。実際にそして本明細書で言及されるように、ペレットの加水分解の改善は、予想外に、少なくとも一部は加水分解可能な微粒子の水を吸収する能力が低下した結果である。

世間一般の通念は、乏しい吸水が酵素加水分解の効率を低下させ得ることを示唆し得る。逆に、加水分解可能なペレットの水を吸収する能力が低下すると、加水分解可能な微粒子は、加水分解可能なペレットが完全に崩壊した後でも、高固体負荷の液体および酵素溶液内で自由に移動することができる。一実施形態では、加水分解可能な微粒子は、高固体負荷においても、材料の混合を促進するその能力の結果として加水分解を改善する。

一実施形態では、加水分解は、羽根車サイズのタンク直径に対する比率が１：４〜１：２の間であり、鉛直に攪拌される反応器内で起こる。一実施形態では、加水分解は、羽根車サイズのタンク直径に対する比率が約１：３であり、鉛直に攪拌される反応器内で起こるが、種々の実施形態はそのように限定されない。一実施形態では、下流の変換（例えば、発酵など）もこのような反応器内で起こり得る。このような羽根車の長さと反応器直径との間の比率を有する羽根車を備えた反応器の例としては、マリンインぺラー、ピッチドブレードタービン、ラシュトン（Ｒｕｓｈｔｏｎ）インぺラーなどが挙げられるが、これらに限定されない。これは、加水分解および／または変換ステップ全体を通して特殊でより高価な反応器を必要とする固体懸濁液を伴わない従来の操作と対照的である。

一実施形態では、酵素加水分解が使用される。エンドグルカナーゼ、セロビオヒドララーゼ（ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒａｌａｓｅ）、キシラナーゼ、ペクチナーゼ、リグニナーゼ、スウォレニン（ｓｗｏｌｌｅｎｉｎ）などを含む、選択されるバイオマスを加水分解することができる任意の適切な酵素を使用可能である。

一実施形態では、添加バインダーを有さない、ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子が提供される。従来のバインダー含有微粒子とは対照的に、本明細書に記載される新規のＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子は、恐らく本質的にコーティングの一種としての役割を果たす加水分解可能な微粒子の外側表面上のリグニン、およびいくつかの実施形態ではヘミセルロースの存在のために、実質的に平滑な非フレーク状の外側表面を有する。従って、ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子は、コーティングを有さずその外側表面に除去可能なフレークを含有する従来のバインダー含有微粒子のようにフレーキング（質量の損失）の影響を受けにくい。

いくつかの実施形態では、リグニンおよび／またはヘミセルロースの存在は表面だけに限定されず、加水分解可能な微粒子の微細孔内部のより深いところにも見出される。従って、ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子は、バインダー含有微粒子の表面のみに化学的に限定される添加バインダーを有する従来のバインダー含有微粒子よりも、効率的な燃焼／褐炭との同時発火などの付加的な利益を有し得る。

またＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子は、従来の非前処理微粒子よりも屈曲性が低く、従ってより直線状になる傾向がある。驚くことに、新規のＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子は、従来の非前処理微粒子のより柔らかい触感と比較して、より硬い「触感」がある（そして、恐らくより脆性が低い）。

硬度試験（例えば、実施例４）により、ＡＦＥＸ（商標）処理ペレットは、突然に破壊する前、最初はより強いことが明らかにされる。対照的に、従来のペレットは、本明細書に記載される新規のＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能なペレット（「葉巻」の柔らかさにより相当する）よりも長い間強度を保持しながら、本質的に、より「圧搾可能」または「グニャグニャ（ｓｑｕｉｓｈｉｅｒ）」である。一実施形態では、ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバー（ＣＳ）の加水分解可能なペレットは、非前処理ＣＳの加水分解可能なペレットと比較して、それよりも少なくとも２１％硬く、硬度のばらつきが少なくとも２０％少ないことが実証される。一実施形態では、新規のＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能なペレットは、従来の非前処理ＣＳの加水分解可能なペレットよりも少ない変形を示す（例えば、表７を参照されたい）。恐らく、他のタイプのバイオマスから製造された、ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能なペレット、ならびにＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能なブリケットおよび他の微粒子も同様またはより良い結果を実証するであろう。

リグニンは、一般に、植物材料中の他の成分よりも黒く、従って得られる材料はリグニンによって実質的に包囲されていない材料よりも著しく黒い。

一実施形態では、ＡＦＥＸ（商標）処理ＣＳペレットは、０．８７以下の比重を有し得る非前処理ＣＳペレットと比較して、１．１６までの比重を有するが、種々の実施形態はそのように限定されない。ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能なペレットは多孔性が低いと思われ、さらに、従来の非前処理ペレットと比較して優れた硬度特性が実証されるので、ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能なペレットは、流動性、圧縮強度、水溶性、吸収、および全体の貯蔵寿命を含む、短期および長期の貯蔵特性の改善を示し、熱や虫などによる分解に対する感受性が低減される可能性が高い。

また、ＡＦＥＸ（商標）処理された加水分解可能な微粒子は、改善された流動性を有し得ることが予想される。予言的実施例に記載されるように、さらなる試験は改善の量を定量するであろう。

一実施形態では、上記の特徴の一部または全ては、ペレット（例えば、ブリケット）以外の加水分解可能な微粒子においても存在する。一実施形態では、上記の特徴の一部または全ては、付加的または代替的に、本明細書に記載される他のアンモニア処理または他の前処理方法などのＡＦＥＸ（商標）以外の方法によって前処理された加水分解可能な微粒子において存在する。実施例６〜１１も参照されたい。

一実施形態では、約１２％よりも多く約３５％まで（例えば、約１８％および約２４％）の固体負荷で、１つまたは複数の加水分解可能な高密度化セルロース系バイオマス微粒子を加水分解（例えば、酵素的に加水分解）して、変換可能な糖含有ストリームを生じるステップを含む方法が提供される。一実施形態では、変換ステップは、糖含有ストリームを発酵させて、バイオプロダクトを生じさせることを含む。一実施形態では、加水分解可能な高密度化セルロース系バイオマス微粒子中のバイオマスは、コーンストーバー、スイッチグラス、木材、プレーリーコードグラス、またはこれらの組み合わせである。

一実施形態では、加水分解可能な高密度化セルロース系バイオマス微粒子は、一定量のルーズなセルロース繊維を前処理（例えば、アンモニア前処理）にかけるステップであって、各繊維内に含有されるリグニンの少なくとも一部が各繊維の外側表面に移動されて、一定量の粘着性のルーズなセルロース系バイオマス繊維を生じるステップと、一定量の粘着性のルーズなセルロース系バイオマス繊維を高密度化して、１つまたは複数の加水分解可能な高密度化セルロース系バイオマス微粒子を生じるステップであって、添加バインダーを使用することなく一定量の粘着性バイオマス繊維が高密度化されるステップとによって製造される。一実施形態では、前処理ステップおよび高密度化ステップは統合プロセスを形成する。一実施形態では、アンモニア前処理は、気体ＡＦＥＸ（商標）処理などのアンモニア繊維膨張（ＡＦＥＸ（商標））処理である。一実施形態では、本方法はさらに、前処理ステップの間に水および／または水蒸気を添加することを含む。

本方法において、バイオプロダクトはバイオ燃料（例えば、エタノールまたはブタノール）である。

一実施形態では、約１２％よりも多く約３５％までの固体負荷で、１つまたは複数の加水分解可能な高密度化セルロース系バイオマス微粒子を加水分解して、変換可能な糖含有ストリームを生じるための加水分解施設を含むシステムが提供される。加水分解施設は、エタノール製造施設などのバイオプロダクト製造施設の一部であり得る。一実施形態では、バイオマス微粒子中のバイオマスはコーンストーバーである。

一実施形態では、システムはさらに、一定量のルーズなセルロース系バイオマス繊維を前処理にかけるための前処理施設であって、各繊維内に含有されるリグニンの少なくとも一部が各繊維の外側表面に移動されて、一定量の粘着性のルーズなセルロース系バイオマス繊維を生じる前処理施設と、一定量の粘着性のルーズなセルロース系バイオマス繊維を高密度化して、１つまたは複数の加水分解可能な高密度化セルロース系バイオマス微粒子を生じるための高密度化施設であって、添加バインダーを使用することなく一定量の粘着性バイオマス繊維が高密度化される高密度化施設とを含む。一実施形態では、前処理施設および高密度化施設は同一場所に配置される。

得られる加水分解可能な微粒子は、化学触媒作用または化学変換（例えば、発酵）を用いる動物飼料、他の全てのバイオプロダクトの製造、他の生化学的用途、発電用途（例えば、ボイラー、バイオマス燃焼ストーブなどにおける燃焼）のためのものを含むバイオ燃料、固体材料の構成要素、例えば繊維板および押出繊維状建築材料としての用途などを含むがこれらに限定されない様々な用途において有用である。

本明細書に記載される種々のＡＦＥＸ（商標）プロセスにおけるアンモニア前処理は特定の量のリグニンを溶解させ、さらに、かなりの量のリグニンを植物材料の内部から繊維の外側表面または外縁部まで移動させる。結果として、動物によって材料はより容易に消化される。一実施形態では、本明細書に記載されるＡＦＥＸ（商標）処理ブリケットまたはペレットなどの前処理された加水分解可能な微粒子を、当該技術分野において知られているような適切な添加剤および充填剤と一緒に組み合わせることにより、新規の動物飼料が製造される。

一実施形態では、ＡＦＥＸ（商標）処理ブリケットまたはペレットなどの前処理された加水分解可能な微粒子と、石炭との混合は、発電所における新規の供給材料を提供する。

低バルク密度の原料を収集、取扱い、輸送、および貯蔵するロジスティクスは、発展するバイオエコノミーに対する重要な課題をもたらす。収率が７０ガロン／トンであると仮定して、１２０ｋｇ／ｍ^３の密度で梱包されるバイオマスは、コーン穀粒と比べて、所与の体積のエタノールのために１０倍を超える材料体積を必要とするであろう。このより低いバルク密度によって、トラックは最大可搬重量に到達できなくなり、さらには、原料供給のために必要とされるトラックの台数が増大する。

代替バイオプロダクトに対するバイオエコノミーが発展するにつれて、個々の製造業者は、経済的根拠としてバイオエネルギー市場で彼らのバイオマスを販売するために柔軟性を必要とするであろう。例えば、地方のバイオマス加工センター（ＲＢＰＣ）（例えば、５〜１０マイル以内の地域）を使用すれば、現存のインフラストラクチャーおよびトラック輸送業界の設備を用いて、ラウンドベールが輸送され得る。ＲＢＰＣは適切なスケールにされ得るので、ラウンドベールのためのトラック輸送距離を最小限にすることができる。さらに、複数の分散されたＲＢＰＣの存在は、ラウンドベールの長期間の貯蔵の必要性を最小限にすることができる。より短期間の貯蔵は、ベールラップ（ｂａｌｅ ｗｒａｐ）および他の現在の方法を使用して、費用を最小限にすることができる。本明細書に記載される新規の統合前処理（例えば、ＡＦＥＸ（商標）前処理）／高密度化システムの使用によって、加水分解可能な微粒子を中央加工場所までより効率的に輸送することができる。

種々の実施形態は、種々の実施形態をさらに説明するために提供される以下の実施例を参照してさらに記載されるであろう。しかしながら、種々の実施形態の範囲内にありながら多くの変化および修正が成され得ることは理解されるべきである。

実施例１
ミシガン州立大学（Ｍｉｃｈｉｇａｎ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）（ＭＳＵ）Ａｇｒｏｎｏｍｙ Ｃｅｎｔｅｒ Ｆｉｅｌｄで成長されたハイブリッドコーン植物（ゼア・マイス（Ｚｅａ ｍａｙｓ）Ｌ．）からのコーンストーバー（ＣＳ）（穀物が収穫された後に残る全てのものであり、通常、穂軸を伴わない茎および葉を含む）を２００７年１０月に収穫し、３０ガロンのごみ箱（ｔｒａｓｈ ｂｉｎ）に収納した別々の５ｋｇバッグ内で室温において貯蔵した。ＭＳＵのＦａｒｍ Ｌａｎｅに位置するＴｈｅｌｅｎ Ｆｉｅｌｄで成長されたパニクム・ビルガツム（Ｐａｎｉｃｕｍ ｖｉｒｇａｔｕｍ）Ｌ種子の低地変種である「Ａｌａｍｏ」からのスイッチグラス（ＳＧ）は、２００５年１０月に収穫し、４℃のフリーザー内の密封したＺｉｐｌｏｃ（登録商標）ブランドのプラスチックバッグ内で貯蔵した。

ＣＳおよびＳＧをそれぞれ、上記の米国特許第８８８号、１７６号、６６３号、および５９０号明細書に記載される方法に相当するが特定の修正を伴うＡＦＥＸ（商標）処理にかけた。特に、従来のＡＦＥＸ（商標）処理の場合のように、バイオマスに液体アンモニアを適用してアンモニアとバイオマスを反応させるのではなく、その代わりに、気体アンモニアを使用した。高温アンモニアガスをより冷たいバイオマス上で直接凝縮させることによって、アンモニアおよびバイオマスは十分に混合されることになる。

気体ＡＦＥＸ（商標）前処理は、ミシガン州立大学（Ｅａｓｔ Ｌａｎｓｉｎｇ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）のＢｉｏｍａｓｓ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙで実施した。他に記載されない限り、通常通りに装備された研究室で利用可能な標準的な実験室装置を使用した。保護ガラスサッシ最低面速度が７５フィート／分の認可された換気フード内でＡＦＥＸ（商標）前処理を実施した。

この試験のためにＰａｒｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｍｏｄｅｌ ４５２４ベンチトップ反応器（以下、「４２５４反応器」）を使用した。まず反応チャンバを４２５４反応器の加熱マントルに入れた。温度プローブを反応チャンバの（約半分下方の）内壁に設置することによって、Ｊ型Ｔ結合温度プローブの一端をＰａｒｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｍｏｄｅｌ ４８４３ Ｍｏｄｕｌａｒ（熱）コントローラ（以下、「４８４３コントローラ」）に、他端を反応チャンバに接続した。次に、温度プローブに適した約１２．７ｃｍ（約５インチ）直径のレリーフを有する特注された円形ステンレスシート金属片によって反応チャンバを被覆した。コントローラを低に入れ（赤色ヒータースイッチ）、Ｊ型温度（青色）コントローラは約２５℃±５℃の室温の読みを示した。

コントローラからの（黄色）Ｋ型熱電対（赤色ディスプレイ）および（緑色）ＯｍｅｇａブランドのＣＸ１０５圧力コネクタ（コネチカット州スタンフォードにオフィスがある）（緑色ディスプレイ）を簡単に接続させ、４２５４反応器カバープローブを試験した。赤色ディスプレイは約２５℃±５℃の室温の読みを示した。緑色ディスプレイは、−０．３４〜約０．３４ａｔｍ（約−５〜約５ｐｓｉｇ）の１ａｔｍゲージ圧の読みを示した。次に、黄色および緑色のコネクタおよび４２５４反応器カバーを脇に置き、青色予熱温度をオンにして、４２５４反応器を室温＋２０℃の標的温度まで予熱した。青色ディスプレイを約５分間観察して、青色温度が約３℃／分の速度で上昇することを確実にした。

Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＭＡ３５水分分析計（Ｇｏｅｔｔｉｎｇｅｎ，ドイツ）を用いて、バイオマスサンプルのそれぞれの水分含量を決定した。サンプルの初期水分測定は、通常、５〜１０％であった。４２５４反応器に添加した各サンプルの重量は、１５０ｇの乾燥重量、すなわち「乾燥バイオマス」であった。次に、１５０ｇの乾燥バイオマスをもたらす量のバイオマスを秤量した（全水分の計算により与えられる）。例えば、５％の水分含量を含有するバイオマスサンプルの場合、以下の計算が成されるであろう：バイオマス中の水ｘ（ｇ）＝（乾燥バイオマス１５０ｇ／（１−０．０５）−乾燥バイオマス１５０ｇ）。「ｘ」を解くと、バイオマス中７．９ｇの水の存在が得られる。従って、この例では、乾燥重量１５０ｇのバイオマスの添加は、５％水分含量の１５７．９ｇのバイオマスサンプルを秤量して添加することを含むであろう。

次に、各サンプルに添加すべき脱イオン水の量を決定するための計算を行った。コーンストーバーの場合、所望の水分含量は３７．５％であった。スイッチグラスの場合は、所望の水分含量は４５％であった。これらの値は、ＡＦＥＸ（商標）後の酵素加水分解からの最大のグルコースおよびキシロース収率を得るためのそれぞれのバイオマスの最適な水分を示すために選択された。

従って、７．９ｇの水が既に存在するが３７．５％の水分含量を必要とするコーンストーバーサンプルの場合、以下の計算が行われるであろう：バイオマスに添加すべき水ｘ（ｇ）＝（乾燥バイオマス１５０ｇ／（１−０．３７５）−１５０ｇ−バイオマス中に既に存在する水７．９ｇ。「ｘ」を解くと、添加すべき水８２．１ｇが得られるであろう。この例における乾燥重量１５０ｇのコーンストーバーサンプルの全重量は、８２．１＋ｇ＋７．９ｇ＋１５０ｇ＝２４０ｇになるであろう。水のボトルを用いて、全重量（乾燥バイオマス（ｇ）＋所望される水（ｇ））が達成されるまで各バイオマスサンプルに水を霧状に吹き付けた。バイオマスを攪拌することによって、バイオマスを水で均一に覆った。

２０８ｇの最大充填レベルを有する空の５００ｍｌアンモニアシリンダー（Ｓｗａｇｅｌｏｋ Ｃｏ．（イリノイ州シカゴにオフィスがある）によって製造された高圧Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）Ｓｅｒｉｅｓ ８３双方向ボールバルブが両端に取り付けられたＰａｒｋｅｒ ５００ ｍｌ ｓｐｕｎ ３１６ステンレス鋼圧力容器（以下、「Ｐａｒｋｅｒシリンダー」）を秤量した。このステップの完了後にシリンダー内に残ったおおよその残留アンモニアは８ｇであると決定されたので、必要とされるアンモニア量の重量に８ｇを加えることにより、シリンダーと、ＡＦＥＸ（商標）前処理に必要とされるアンモニアとの全重量を決定した。

アンモニアタンクの入口バルブを開けた後、Ｐａｒｋｅｒシリンダーの入口バルブを開けることによって、Ａｉｒｇａｓ，Ｉｎｃ．（Ｒａｄｎｏｒ，ＰＡ）によって製造されるＡｉｒｇａｓ（商標）ブランドのストックアンモニアタンク（サイフォン管を有する）にＰａｒｋｅｒシリンダーを取り付けた。冷たくなり、そしてシリンダーから充填ノイズが聞こえなくなるまでＰａｒｋｅｒシリンダーを充填させた（経過時間は約１分であった）。アンモニアタンクの出口バルブを約１／４のところで開けた。数回の試行の後、１５８ｇのアンモニアをＰａｒｋｅｒシリンダーに添加するために約２０秒かかることが決定された。その後、Ｐａｒｋｅｒシリンダーの出口バルブから始まり、最後はアンモニアタンクの出口バルブまでの全てのバルブを閉鎖した。Ｐａｒｋｅｒシリンダーを秤量して、全重量が予想重量と等しいことを確認した。重量が大き過ぎる場合には、フードの下でいくらかのアンモニアを放出した。不十分な場合には、上記のステップを繰り返した。

この時点でアンモニアを含有しているＰａｒｋｅｒシリンダーを、まずＢＨ ＴｈｅｒｍａｌブランドのＢｒｉｓｋｈｅａｔ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）ヒートテープに包み、ＢＨ ＴｈｅｒｍａｌブランドのＢｒｉｓｋｈｅａｔ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）ヒートテープコントローラにプラグで接続することによって加熱した。シリンダー圧力は０〜１２５ｐｓｉｇから開始された（充填ステップの間に冷たくなるので、シリンダー内部のアンモニアの温度に依存する）。Ｐａｒｋｅｒシリンダーを６００ｐｓｉｇ（４０バール）に加熱したが、「より冷たい」反応（８０℃）の場合の４００ｐｓｉｇ（２７バール）から、熱い反応（１６０℃）の場合の１０００ｐｓｉｇ（７０バール）まで調整可能である。圧力はゆっくり上昇したが、常に０．０３４ａｔｍ／秒（５ｐｓｉｇ／秒）よりも小さい速度であった。

次に所望のバイオマスを反応チャンバに添加した。（黒色）温度プローブを反応チャンバから取り出し、反応チャンバの外表面温度を測定できるようにヒーターマントル側面のスロットに入れた。（青色）ディスプレイ温度を最初の予熱よりも＋２０度高く調整し（矢印キーを用いて）、反応チャンバの連続加熱を可能にした。

反応チャンバのカバーを元のところに置き、漏斗を追加した。次に、選択されたバイオマスサンプルを漏斗から反応チャンバ内に流し込んだ。添加したら、（黄色）温度プローブチップをバイオマスによって完全に被覆し、カバーのアンモニア投入ノズルから約２．５４ｃｍ（約１インチ）であることを観察した。次に漏斗を除去し、カバーを４２５４反応器の上部に戻し、ブラケットをボルトで堅く締め、適所に密封した。

次に、Ｐａｒｋｅｒシリンダーを反応チャンバに取り付けた。Ｗｅｌｃｈ Ｍｏｄｅｌ ８８０３真空ポンプ（Ｎｉｌｅｓ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）も反応チャンバに取り付けた。４５２４反応器の真空バルブを開き、真空のスイッチを入れて４２５４反応器から空気を１分間ポンピングした。真空バルブを閉じて、真空のスイッチを切った。（黄色）温度プローブおよび（緑色）圧力コネクタを４８４３コントローラにプラグで接続した。反応チャンバ（のみ）へつながるアンモニアシリンダーのバルブを開いた。

Ｐａｒｋｅｒシリンダーに接続された４２５４反応器バルブを開くことにより、ＡＦＥＸ（商標）反応を開始させた。Ｐａｒｋｅｒアンモニアシリンダーと反応チャンバとの間の圧力が等しくなったら、アンモニアシリンダーと反応チャンバとの間のバルブを閉鎖した（すなわち、約１分後）。Ｐａｒｋｅｒシリンダー上のヒートテープも止めた。４８４３反応器ヒーターは、予熱に使用した最初の温度よりも２０℃高い温度で低の設定のままにした。約１分後、最高の（赤色）ディスプレイ温度および（緑色）圧力を記録した。（赤色）ディスプレイ温度が１分以内に１００℃よりも高温に達しなかった場合は、原料が温度プローブに触れていないことを意味する。温度および圧力をその後およそ５分ごとに記録した。

以下に記載される膨張ステップの約５分前に開始して、真空を４５２４反応チャンバカバーから切り離した。アンモニアシリンダーパイプを反応チャンバカバーから除去した。４５２４の圧力放出バルブがヒューム換気フードの裏面に向くように反応チャンバを回転させた。換気フードサッシを最大面速度（推奨７５フィート／分）に調整した。膨張ステップ：防音保護具を着用した。圧力放出バルブを急速に開くことによって４５２４内のアンモニア圧力を放出した。

反応チャンバのカバーを除去した。バイオマスを取り出し、トレイに入れて、換気フードの下に放置し、アンモニア蒸気を揮発させた。ＡＦＥＸ（商標）バイオマスを一晩空気乾燥させた。Ｐａｒｋｅｒシリンダーを秤量し、バイオマスに適用したアンモニアの残留グラム数を決定し、重量を記録した。残りのアンモニア（約８ｇ）を換気フードの内側でＰａｒｋｅｒシリンダーから放出した。

実施例２
出発材料およびサンプル調製
実施例１に記載されるものと同じ源から得られたコーンストーバー（ＣＳ）を使用した。各タイプのバイオマスのそれぞれ２ｋｇの２つのサンプルを、次に、実施例１に記載される方法に従ってＡＦＥＸ（商標）前処理にかけた。前処理の後、ブリケッティング装置（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．ｄ／ｂ／ａ ＣｏｍＰＡＫｃｏ，ＬＬＣ，Ｆａｒｇｏ，ＮＤ）を用いてサンプルを高密度化して、ＡＦＥＸ（商標）コーンストーバー（ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ）ブリケットおよびＡＦＥＸ（商標）スイッチグラス（ＡＦＥＸ（商標）−ＳＧ）ブリケットを製造した。

図１は、７ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ１０２、１２ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＳＧ１０４、２２ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ１０６ブリケットおよび２３ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＳＧブリケット１０８）を含む４つの得られた製品の画像を示す。ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳおよびＡＦＥＸ（商標）ＳＧブリケット（それぞれ、１０６および１０８）は、実質的に矩形の形状を有する。ブリケット１０６および１０８はいずれも、幅約２．５４ｃｍ（約１インチ）、奥行き約１．２７（０．５インチ）、および長さ約１０．１６〜約１２．７ｃｍ（約４〜約５インチ）であった（ブリケット長さはＣｏｍＰＡＫｃｏ機械における特定の設定使用に依存する）。

この画像は、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳ１０２およびＡＦＥＸ（商標）−ＳＧ１０４などの７〜１２グラムだけの非ブリケット化（すなわち、ルーズな）バイオマスは、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット１０６およびＡＦＥＸ（商標）−ＳＧブリケット１０８などの２２または２３ｇのブリケットよりも多くの空間を占有することを説明する。この場合、非ブリケット化バイオマス（１０２および１０４）は、ブリケット化バイオマス（１０６および１０８）よりも約５７０〜約９８０％多い空間を占有する。

図２は、種々の実施形態に従う、バインダーを含有する非ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットおよびＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットの画像を含む。

実施された試験
いくつかの付加的なサンプルを上記の方法で調製し、Ｃａｒｒ，Ｒ．Ｌ．Ｊｒ．１９６５．「Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｆｌｏｗ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｌｉｄｓ」．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ７２（３）：１６３−１６８に記載される方法に従って安息角（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ｒｅｐｏｓｅ）（°）などの予備的な物理試験を行った。

熱伝導度（Ｗ／ｍ℃）は、Ｂａｇｈｅ−Ｋｈａｎｄａｎ，Ｍ．，Ｓ．Ｙ Ｃｈｏｉ，ａｎｄ Ｍ．Ｒ．Ｏｋｏｓ．１９８１，「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｌｉｎｅ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｐｒｏｂｅ」，Ｊ．ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ４６（５）：１４３０−１４３２に記載される線熱源プローブ技術を用いる熱特性メータ（ＫＤ２、Ｄｅｃａｇｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｐｕｌｌｍａｎ，ＷＡ）により決定した。

水分活性は、目盛り付き水分活性メータ（ＡＷ Ｓｐｒｉｎｔ ＴＨ ５００，Ｎｏｖａｓｉｎａ，Ｔａｌｓｔｒａｓｓｅ，スイス）を用いて測定した。

バルク密度（ｋｇ／ｍ^３）、真密度（ｋｇ／ｍ^３）および多孔率は、Ｓａｈｉｎ，Ｓ．ａｎｄ Ｓ．Ｇ．Ｓｕｍｎｕ．２００６，「Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｏｏｄｓ」，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｅｄｉａ，ＬＬＣに記載されるように、マルチボリュームピクノメータ（ｍｕｌｔｉｖｏｌｕｍｅ ｐｙｃｎｏｍｅｔｅｒ）（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ １３０５，Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ）を用いて決定した。

水分含量は、ＡＳＡＥ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ．５１^ｓｔｅｄ．２００４．Ｓ３５２．１：「Ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ−−Ｇｒａｉｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｓ」，Ｓｔ．Ｊｏｓｅｐｈ，Ｍｉｃｈ．：ＡＳＡＢＥに記載されるように、ＩＳＯＴＥＭＰ実験室スケール（モデル番号：８３８Ｆ，Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）を用いて、ＡＳＡＥ標準方法Ｓ３５２．１によって決定した。

色特性（Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊）は、分光比色計（ＬａｂＳｃａｎ ＸＥ，Ｈｕｎｔｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｒｅｓｔｏｎ，ＶＡ）を用いて測定した。

真円度および真球度は、ＤＰデジタルカメラを備えたＯｌｙｍｐｕｓ ＳＺＨ１０立体顕微鏡を用いた後、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ（登録商標）ソフトウェアによる粒子の画像分析を用いて決定した。

水溶性指数（％）および吸水率（−）は、Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｒ．Ａ．，Ｈ．Ｆ．Ｃｏｎｗａｙ，Ｖ．Ｆ．Ｐｆｅｉｆｅｒ，ａｎｄ Ｅ．Ｌ．Ｇｒｉｆｆｉｎ．１９６９，Ｇｅｌａｔｉｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｒｎ ｇｒｉｔｓ ｂｙ ｒｏｌｌ ａｎｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｃｏｏｋｉｎｇ，Ｃｅｒｅａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｏｄａｙ １４（１）：４に記載される方法を用いて計算した。

結果は以下の表１に示される。

結論
ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット（例えば、１０６）およびＡＦＥＸ（商標）−ＳＧブリケット（例えば、１０８）は比較的平滑な表面を有し、取扱いの間、うまく結びついていた。コーンストーバーおよびスイッチグラスの両方のＡＦＥＸ（商標）ブリケットは、非ブリケット化ＡＦＥＸ（商標）サンプルと比較して、より低い多孔率、水吸着指数（ｗａｔｅｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）、水分活性、および水分含量を有する。このような特性は、ブリケット化バイオマスの改善された貯蔵性の表示である。またブリケットのより低い多孔率、より高いバルク密度およびより高い真密度は低減された輸送コストを示す。

ブリケットは、表１に示されるようなその他の望ましい特性を示した。特に、ブリケットは、高い安息角を実証した。ブリケットの安息角は、上側のブリケットが下側のブリケットの上を滑り落ち始める際の、水平面と２つのブリケット間の接触面との間の角度であると定義される。これは摩擦角としても知られている。従って、粒子は、４５度の期待値を有する。本明細書において試験したコーンストーバーブリケットおよびスイッチグラスブリケットはいずれも安息角の期待値よりも高い値を示し、表１に示されるように、それぞれ５７．４および６０．６であった。これらの値は、ブリケットが実質的に矩形の形状であることに関連する可能性が高い。

実施例３
この実験の目的は、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳバイオマス（すなわち、非ブリケット化）と比べて、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットの加水分解特性を比較することであった。

出発材料
実施例１に記載されるものと同じ源から得られたコーンストーバー（ＣＳ）を使用した。実施例１に記載される方法と同様にして、ＣＳにおいてＡＦＥＸ（商標）前処理を実施した。実施例２に記載される方法に従ってブリケットを作った。

試験サンプルには、１．７ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＣＳバイオマスと、１．６ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットと、浸漬ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットを製造するために加水分解前に１００ｍｌ量の脱イオン水に２５℃で５分間浸漬された２．２ｇのＡＦＥＸ（商標）−ＣＳとが含まれた。

手順
５００ｍｌのビーカーに入れた後、標準実験室プロトコルに従って、各サンプルにおいて１％の固体負荷で酵素加水分解を実施した。例えば、Ｓｈｉｓｈｉｒ Ｐ．Ｓ．Ｃｈｕｎｄａｗａｔ，Ｂａｌａｎ Ｖｅｎｋａｔｅｓｈ，Ｂｒｕｃｅ Ｅ．Ｄａｌｅ，２００５，Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｂａｓｅｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｌｌｅｄ ｃｏｒｎ ｓｔｏｖｅｒ ｏｎ ＡＦＥＸ^ＴＭｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｂｉｌｉｔｙ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．９６，Ｉｓｓｕｅ ２，ｐｐ ２１９−２３１を参照されたい。

１５ろ紙単位（ＦＰＵ）の酵素、具体的にはＳｐｅｚｙｍｅ（登録商標）ＣＰ（Ｇｅｎｅｎｃｏｒ（登録商標）、Ｄａｎｉｓｃｏ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ、ニューヨーク州ロチェスターにオフィスがある）全セルロースを添加した。Ｎｅｗ ＢｒｕｎｓｗｉｃｋインキュベータＩｎｎｏｖａ ４４、（Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）内で１５０ＲＰＭにおいて振とうさせながら、サンプルをインキュベータ内において５０℃でインキュベートした。６時間、２４時間および７２時間のインキュベーション時間で、観察およびサンプリングを行った。

結果
得られた加水分解物の目視検査により、３つのサンプルはそれぞれ、水の添加の直後に完全に溶解したことが示される（図３Ｂ）。従って、３つのサンプルが全て実質的に同じ時間で実質的に同程度まで加水分解したことは明らかである。

インキュベータから採取した約２ｍｌのサンプルをろ過し、Ｓｈｉｍａｄｚｕ高圧液体クロマトグラファー（ＨＰＬＣ）Ｍｏｄｅｌ ＬＣ−２０１０ＨＴ ｗ／ＥＬＳＤ−ＬＴを通して、グルカンおよびキシラン変換を決定した。

図３Ａ〜３Ｅは、ＡＦＥＸ−ＣＳ、ＡＦＥＸ−ＣＳペレット、および浸漬ＡＦＥＸ−ＣＳペレットを含む３つのバイオマスサンプルの、種々の時点で撮影された画像である。図４Ａおよび４Ｂは、図３Ａ〜３Ｅに示されるサンプルのグルカン変換を示す、比較の加水分解グラフである。図示されるように、グルカン変換は、各サンプルにわたって実質的に同じままである。

表２は、種々の時点でサンプルのそれぞれにおいてグルコースに変換されたグルカンのパーセントを示す。

表３は、サンプリングの合間に生じた全グルコースの割合を示す。

表４は、キシロースに変換された全キシランの割合および加水分解前の各サンプル中の全キシランを示す。

表５は、サンプリングの合間に生じた全キシロースの割合を示す。

結論
ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットにおける実質的に即座の加水分解（例えば、湿式および分散）によって、コーンストーバーバイオマスのブリケット化は加水分解に影響を与えないことが実証される。他のバイオマス材料から製造された他のＡＦＥＸ（商標）ブリケットも同様の挙動をすると思われる。実際に、図３Ｂが示すように、各ブリケット内のバイオマスのほとんどが６時間以内に糖に変換され、これは、非ブリケット化ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳバイオマスサンプルと遜色がない。さらに、両方のブリケット（ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケットおよび浸漬ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳブリケット）とも、非ブリケットサンプルとほぼ同じ程度まで加水分解した。この決定は、７２時間後に残存する固体がないことを観察することによって行われた（図３Ｅ）。３つのサンプルは事実上同じ変換を有したので、７２時間で試験を完了させた。これらの結果は、図４Ａおよび４Ｂで確認される。

実施例４
この試験は、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットと、非ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレット、すなわち前処理にさらさなかったペレットとの間の硬度比較を決定するために実施した。

出発材料
実施例１に記載されるものと同じ源から得られたＣＳをこの試験で使用した。ＣＳの一部を実施例１に記載されるようにＡＦＥＸ（商標）前処理にかけた。ペレット化の前に、ＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスに対して付加的な処理は実施せず、添加バインダーおよび人工乾燥（試験手順の過程において、外気中、室温で生じる蒸発はどれも無視できると考えられる）を含まなかった。

残りの部分は、ペレット化の前にＣＳ１００ｇ当たり約５〜１０ｇの水を添加して、バイオマスの水分含量を１５％にすることを含む異なる（非ＡＦＥＸ（商標））手順を受けた。

ジョージア大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｒｇｉａ）（Ａｔｈｅｎｓ，ＧＡ）のＤｒｉｆｔｍｉｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙからのロッジポールパインバイオマスも同様の非ＡＦＥＸ（商標）手順を受け、バイオマス水分が１５％よりも多いと測定されたので、１２〜１５％の水分含量になるまで乾燥器に入れた。

現在産業標準であると考えられるペレットを製造する遠心ダイミル（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｄｉｅ ｍｉｌｌ）のＹａｎｋｅｅ Ｐｅｌｌｅｔ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ ４００（Ｙａｎｋｅｅ Ｐｅｌｌｅｔ Ｍｉｌｌ，Ｅｆｆｉｎｇｈａｍ，ＮＨ）を用いて、１０個のＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットおよび１０個の非ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットを形成した。Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｐｅｌｌｅｔ Ｍａｃｈｉｎｅ，Ｍｏｄｅｌ ＣＬ（ＣＰＭ，Ｃｒａｗｆｏｒｄｓｖｉｌｌｅ，ＩＮ）を用いて、１０個の非ＡＦＥＸ（商標）パインペレットをペレット化した。

これらの機械の両方で製造したペレットは実質的に円筒形の形状を有し、直径約６ｍｍである。長さは所望される通りに変えることができるが、通常、上記の実施例２で使用される装置よりも均一である。試験の目的のために、ペレットは約１インチであった。

手順
４００ＰＳＩゲージの１２Ｔ Ｃａｒｖｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｒｅｓｓ／Ｈａｒｄｎｅｓｓ試験装置（Ｃａｒｖｅｒ，Ｗａｂａｓｈ，ＩＮ）を用いて、ペレットを硬度について試験した。具体的には、この試験は、各ペレットを、その降伏強さを超えて破砕するために必要とされる力の量を測定した。「降伏強さ」の決定は、訓練された観察および「感触」によって行った。具体的には、試験者が、ペレットが「撓む（ｇｉｖｅ）」ことを観察し、感じるまで各ペレットに圧力を加えた。複数のペレットを試験し、平均硬度、すなわちペレットを屈曲させるのに必要とされる圧力（表６）と、平均変形（表７）とを決定した。

結果
硬度比較結果は、以下の表６に示される。

ペレットが「撓んだ」後の各ペレットの最終直径の測定も行った。これらの測定は表７に示される（データは、表６と比較してランダムにされていることに注意）。

非処理のバインダー添加されたコーンストーバーペレットの平均降伏点は９８ｐｓｉ＋２５ｐｓｉであった。ＡＦＥＸ（商標）の非バインダー添加コーンストーバーペレットの平均降伏点は１１９ｐｓｉ＋２０ｐｓｉであり、非ＡＦＥＸ（商標）バインダー添加ペインペレットの平均降伏点は９８ｐｓｉ＋２３ｐｓｉであった。

全ての円筒形ペレットは、開始直径６．００ｍｍを有した。非処理のバインダー添加コーンストーバーペレットの降伏点の平均変形は１．０６ｍｍ＋０．３６ｍｍであった。ＡＦＥＸ（商標）の非バインダー添加コーンストーバーペレットの降伏点の平均変形は０．９５ｍｍ＋０．２４ｍｍであり、非ＡＦＥＸ（商標）のバインダー添加パインペレットの降伏点の平均変形は１．０６ｍｍ＋０．２３ｍｍであった。

結論
ＡＦＥＸ（商標）ペレットは、非ＡＦＥＸ（商標）ペレットと比較して大きい耐久性を示した。ＡＦＥＸ（商標）ペレット品質も非ＡＦＥＸ（商標）ペレットよりも一貫性がある。従って、所与のＡＦＥＸ（商標）ペレットはどれも、非ＡＦＥＸ（商標）ペレットと比べて、変形または外観を損なう（円筒形ではない）可能性が低いことが予想される。

実施例５
この試験は、非ＡＦＥＸ（商標）ＣＳペレットと比較して、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットのバルク密度を決定するために実施した。

実施例４に記載される方法に従って製造したＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットおよび非ＡＦＥＸ（商標）ＣＳ（直径約６ｍｍおよび長さ約１インチ）を５００ｍｌのビーカーに添加し、秤量した。

非ＡＦＥＸ（商標）ＣＳペレットは約３６ｌｂ／ｆｔ^３（５５３ｇ／Ｌ）のバルク密度を有し、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットは、約約３８ｌｂ／ｆｔ^３（５７８ｇ／Ｌ）のバルク密度を有した。

この予備試験が示すように、ＡＦＥＸ（商標）−ＣＳペレットは、非ＡＦＥＸ（商標）ＣＳペレットよりも高いバルク密度を示した。これは、恐らく、非ＡＦＥＸ（商標）ペレットの粗フレーク状の外側表面と比較して、その平滑な非フレーク状の外側表面（これは、その流動性を改善することも予想される）のためである。より大きいスケールで実施される試験は、バルク密度の違いが遥かにより大きいことを実証し得ることが予想される。恐らく、小さいサイズの容器によって生じるエッジ効果は、この予備試験における重要な因子であった。

また、１インチペレットよりも長いペレットを重みで互いに押し下げて、より高密度でより高質量を得ることも可能である。あるいは、より短いペレットは、より良く固まり得る。所与の用途のためにペレットサイズを最適化し、従って全体のバルク密度を最適化するために、さらなる試験（より大きい容器におけるものを含む）が実施されるであろう。

実施例６
この試験では、非処理コーンストーバーブリケットの種々の特性を、ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーブリケットと比較した。

出発材料
実施例１に記載されるものと同じ源から得られたコーンストーバー（ＣＳ）を使用した。実施例１に記載される方法と同様にして、ＣＳにおいてＡＦＥＸ（商標）前処理を実施した。実施例２に記載される方法に従ってブリケットを作った。

手順
標準手順に従って、表８および９に示される結果を得た。具体的には、全水分：ＡＳＴＭ Ｅ８７１、灰分含量：ＡＳＴＭ Ｄ１１０２、硫黄含量：ＡＴＳＭ Ｄ４２３９、一定容積における総発熱量（Ｇｒｏｓｓ Ｃａｌｏｒｉｃ Ｖａｌｕｅ）：ＡＳＴＭ Ｅ７１１、塩素含量：ＡＳＴＭ Ｄ６７２１、バルク密度：ＡＳＴＭ Ｅ８７３、微粉（０．３２ｃｍ（０．１２５インチ）よりも小さい粒子）：Ｔｗｉｎ Ｐｅａｋｓ Ｔｅｓｔ ＣＨ−Ｐ−０６、耐久性指数：Ｋａｎｓａｓ Ｓｔａｔｅ法、３．８ｃｍ（１．５インチ）よりも上のサンプル：Ｔｗｉｎ Ｐｅａｋｓ Ｔｅｓｔ ＣＨ−Ｐ−０６、最大長：Ｔｗｉｎ Ｐｅａｋｓ Ｔｅｓｔ ＣＨ−Ｐ−０６、直径，範囲：Ｔｗｉｎ Ｐｅａｋｓ Ｔｅｓｔ ＣＨ−Ｐ−０５である。本明細書で言及される耐久性指数に到達するために使用されるタンブリング方法は、「Ｋａｎｓａｓ Ｓｔａｔｅ法」として知られている。例えば、ｈｔｔｐ：／／ｐｅｌｌｅｔｈｅａｔ．ｏｒｇ／ｐｄｆｓ／ＳｔａｎｄａｒｄＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＷｉｔｈＣｏｐｙｒｉｇｈｔ．ｐｄｆを参照されたい。

結果
結果は、以下の表８および９に示される。

結論
表８および９の結果が示すように、ＡＦＥＸ（商標）ブリケットは増大された総発熱量を有する。すなわち、ＡＦＥＸ（商標）ブリケットは、非処理ブリケットと比較して、ＡＦＥＸ（商標）ブリケット中に存在する水分がより少ないために、約４．８％より効率的に燃焼する。具体的には、非ＡＦＥＸ（商標）からＡＦＥＸ（商標）へのカロリーの増大は次のように計算された：７３８８Ｂｔｕ／ｌｂ–７０４８Ｂｔｕ／ｌｂ＝３４０Ｂｔｕ／ｌｂ（または７４８Ｂｔｕ／ｋｇ）。従って、非ＡＦＥＸ（商標）からＡＦＥＸ（商標）への増大％は、（３４０Ｂｔｕ／ｌｂ）／（７０４８Ｂｔｕ／ｌｂ）＊１００％＝４．８％である。さらに、バルク密度は平均７％増大し、約３．５ｌｂ（１．６ｋｇ）の重量のＡＦＥＸ（商標）ブリケットバッグ（ｂｅｇ）中の微粉（すなわち、０．１２５ｃｍ未満の直径を有する破片）の量は、ほぼ同じ重量を有する非処理コーンストーバーのブリケットバッグと比較して約６５％減少した。

さらに、この試験においてＡＦＥＸ（商標）ブリケットと非ＡＦＥＸ（商標）ブリケットの間で、「耐久性指数」は実質的に同一であったが、耐久性の試験方法は、上記の例で記載される破壊試験と比べて、簡単なタンブリング実験（「Ｋａｎｓａｓ Ｓｔａｔｅ法」）であった。従って、必要とされる分別を引き起こすには不十分なエネルギーが提供され、ブリケットを適切に識別することができない。いずれにしても、高耐久性指数は、ＡＦＥＸ（商標）ブリケットがブリケット産業で使用するために適切であることを示す。

実施例７
この試験は、非ペレット化ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーと比較して、ペレット化ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーの吸水能力を決定するために実施した。

従来のマルチパスで低穂軸のコーンストーバーを収穫し、２０１１年１０月２３日にアイオワ州立大学（Ｉｏｗａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）（ＩＳＵ）で梱包した。ストーバーは、ＧＰＳ座標（北４２．２１、西−９３．７４）に位置するフィールドから入手した。穀物収穫の後、Ｈｉｎｉｋｅｒ ５６００ Ｓｅｒｉｅｓ横吐出ウィンドローイング・ストーク・チョッパー（ｗｉｎｄｒｏｗｉｎｇ ｓｔａｌｋ ｃｈｏｐｐｅｒ）を用いて、コーンストーバーを列に並べ、Ｍａｓｓｅｙ Ｆｅｒｇｕｓｏｎ ＭＦ２１７０ＸＤラージ・スクエアー・ベーラー（ｌａｒｇｅ ｓｑｕａｒｅ ｂａｌｅｒ）を用いて梱包した。ベールを防水シートの下で貯蔵し、次に、Ｖｅｒｍｅｅｒ ＢＧ ４８０ミルを用いて約１インチの粒径に製粉した。次に、梱包したコーンストーバーを５％未満の水分含量に乾燥させた。

またコーンストーバーを複数の源のブレンドからも入手したが、主な源は、刻んだコーンストーバーとして２００２年にコロラド州レイの農場によって提供されるように、国立再生可能エネルギー研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）である。コーンストーバーを乾燥させてから、使用前にＷｉｌｅｙ Ｍｉｌｌ（Ｔｈｏｍａｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓｗｅｄｅｓｂｏｒｏ，ＮＪ）において約５ｍｍの粒径に粉砕した。

内径１０ｃｍｒおよび高さ９０ｃｍを有する鉛直圧力容器（以下、「容器」）内に、それぞれ１Ｌ当たり１００ｇの乾燥物質の密度で詰め込むことによって、２つのコーンストーバーサンプルにおいてＡＦＥＸ（商標）前処理を実施した。蒸留水を添加することにより水分レベルを調整し、水分含量を約２５％に増大させた。１０〜１５ｐｓｉｇおよび質量流量１グラム／秒で飽和水蒸気を容器の上部から導入し、約１０分間底部で放出することによって、得られたコーンストーバー床を加熱した。コーンストーバーの最終水分含量は約４０％であった。

容器の底部を密封し、圧縮した無水アンモニア蒸気を上部に導入した。このアンモニア処理ステップの間の最大圧力は２００ｐｓｉｇに達した。１：１アンモニア：乾燥コーンストーバーの比率が達成されるまでアンモニアを添加した。コーンストーバーの温度は、最初は約８０〜約１００℃であり、徐々に約３０〜約５０℃まで低下した。

約３０分の滞留時間の後、蒸気を底部から流出させることにより、圧力を容器から解放した。次に、１グラム／秒の質量流量で水蒸気を容器の上部から導入し、底部から放出することによって、残留アンモニアをコーンストーバーから除去した。約２０分後に、水蒸気流を停止させ、コーンストーバーを容器から取り出した。次に、５０℃の対流式オーブン（Ｂｌｕｅ Ｍ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｃｌａｓｓ Ａ Ｂａｔｃｈ Ｏｖｅｎ，Ｂｌｕｅ Ｉｓｌａｎｄ，ＩＬ）内でＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーを乾燥させた。

Ｂｕｓｋｉｒｋ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｏｓｓｉａｎ，ＩＮ）ＰＭ６１０フラット・ダイ・ペレット・ミル（以下、「ペレットミル」）を用いて、ペレット化を実施した。直径０．２５インチの円形孔を有するダイを使用した。ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーに水道水を添加し、所望の水分含量が得られるまで手で混合した。コーンストーバーがダイの上に敷き詰められた状態に保つのに十分な速度で、約３〜約５ｋｇの間の重量のコーンストーバーの３つのサンプルをペレットミルに手作業で添加した。次に、ローラーがコーンストーバーをダイからプレスし、ペレットを生じさせた。ペレットを捕集し、Ｂｌｕｅ Ｍ対流式オーブンで乾燥させた。

サンプル番号１および２は、Ｃｏｌｏｒａｄｏから供給されて粒径５ｍｍに製粉され、水分１２％および水分５０％でそれぞれペレット化されたコーンストーバーを含んでいた。サンプル番号３および４はＩＳＵから得られた１インチのコーンストーバーであり、それぞれ、水分２０％でペレット化したもの、およびペレット化しなかったものである。

５００ｍＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒバッフル付フラスコ内でサンプルを蒸留水に全重量２５０ｇで添加し、５０℃の振とうフラスコインキュベータに一晩入れ、水を吸収させて、ペレット形状を破壊した。ＯＨａｕｓ（Ｐａｒｓｉｐａｎｎｙ，ＮＪ）ＭＢ２５水分分析計を用いて、ペレット化バイオマスおよびルーズなバイオマスの水分含量を測定した。ペレット化サンプル（番号１〜３）については、乾燥重量３７．５ｇのコーンストーバーサンプルを各フラスコに添加し、サンプル番号４については乾燥重量２５ｇのコーンストーバーを添加した。各フラスコに蒸留水を添加し、全重量を２５０ｇまで増大させた。一晩浸漬した後、サンプルを取り出し、真空ろ過によりＷｈａｔｍａｎ＃１セルロースフィルタを通してろ過した。

全ての液体が排出されたら、真空を切った。次に、液体の体積を測定した。回収した液体の最終体積と添加した水の全体積との間の差として吸水能力を測定した。この測定により、完全な混合を仮定すると、加水分解の初期段階において１５％固体で存在する自由液体（成分の全重量の割合として）の計算が可能になる。結果は、表１０に示される。

これらの結果は、１５％固体負荷において様々な水分含量のペレット化コーンストーバーを水に添加することができ、水をその全質量の約１８〜約２６％の間で液体として保持できることを実証する。自由液体の量は、粒径５ｍｍで製造されたペレットと比べて、粒径１インチのコーンストーバーを用いて製造されたペレット（サンプル番号３）においてかなり増大される。これは恐らく、より大きい粒径のコーンストーバーはダイによる圧縮が増大されているからであり、コーンストーバー内の毛管容積が低減され、従って吸湿能力が低下する。この自由液体の量は、固体が懸濁液中に残存し、これが加水分解などの下流プロセスのための混合も可能にし得ることを保証することができる。

実施例８
この試験は、ペレット化ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーのバルク密度および貯蔵寿命ならびに加水分解の初期速度に対する混合の影響を決定するために実施した。

貯蔵性およびバルク密度
実施例７に記載されるようにして、コーンストーバーを入手し、ＡＦＥＸ（商標）処理し、高密度化した。前述のペレットに加えて、コロラド州レイから入手したＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーから２５％および３５％の水分含量のペレットも製造し、５ｍｍスクリーンを通して製粉した。

ペレット化の後、約１０ｇのペレットを密封プラスチックバッグに入れ、１か月にわたって観察した。さらに、１５％未満の水分含量まで乾燥させたペレットをプラスチック容器内に密封し、これも１か月にわたって観察した。目に見える真菌増殖が生じなければ、サンプルが十分な貯蔵寿命を有すると考えた。残りのペレットを、実施例７に記載される５０℃の対流式オーブン内で、１５％未満の水分含量が得られるまで乾燥させた。

バルク密度は、乾燥ペレットを１０００ｍＬのビーカーに入れることにより測定した。ペレットの均一な沈降を保証するためにビーカーを軽く振とうさせ、０．０１ｇの感度のはかり（ＯＨａｕｓ ＧＴ ４０００）を用いて秤量した。（全重量−ビーカー重量）^＊（１−水分含量）／１Ｌとして、ペレットのバルク密度を計算した。

５０％の水分含量で製造し、プラスチックバッグに入れたペレットは、２４時間後に真菌増殖の徴候を示し始めた。７日以内にペレットは白色の真菌に完全に覆われた。３５％の水分含量で製造し、プラスチックバッグに入れたペレットは、３日以内に真菌増殖を示し始めた。７日以内にペレットは白色の真菌に完全に覆われた。比較すると、１２％、２０％、および２５％の水分含量で製造したペレットは、少なくとも１か月間は、真菌増殖を少しも生じさせないと思われた。同様に、ペレットを２０％未満の水分含量まで乾燥させると、全てのサンプルは、少なくとも１か月間、真菌増殖が全くないと思われた。

ペレットのバルク密度は、対照としての非処理のルーズなコーンストーバーおよびＡＦＥＸ（商標）処理されたルーズなコーンストーバーと共に、図６に示される。図６が示すように、ペレットのバルク密度は、５０ｇ／Ｌ（非処理コーンストーバー）からほぼ６００ｇ／Ｌ（１２％の水分含量でペレット化された材料）まで増大した。高水分含量でペレット化されたコーンストーバーではバルク密度の著しい低下が見られるが、バルク密度は、従来のベール（１２０ｋｇ／ｍ^３）およびルーズなＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバー（約８０ｋｇ／ｍ^３のバルク密度を有する）の場合よりもまだ高い。

バルク密度に関して、ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーペレットは、全重量基準で１２〜５０％の間のどの水分含量においても製造することができ、２ｍｍから２５ｍｍ（１インチ）の範囲の粒径で製造することができ、２００ｋｇ／ｍ^３よりも高いバルク密度が保持される。ペレットは、さらにより高いおよび／または低い水分含量で製造できることが可能である。しかしながら、より乾燥したペレットは、より高いバルク密度およびより長い貯蔵可能期間を提供する。

加水分解速度に対する混合の影響
ＩＳＵから入手した１インチのコーンストーバーを使用した。さらに、同一のコーンストーバーを入手してＡＦＥＸ（商標）処理したが、ペレット化はしなかった。

サンプル番号１、２、および３については、１８％の固体負荷で酵素加水分解を実施した。加水分解は、２．８Ｌのバッフル付Ｅｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコにおいて実施した。各フラスコに、５００ｍＬの０．１Ｍのクエン酸ナトリウム／クエン酸緩衝液（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）をｐＨ４．５で添加した。Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ ＣＴｅｃ２セルロース酵素およびＮｏｖｏｚｙｍｅｓ ＨＴｅｃ２ヘミセルロース酵素を、それぞれ１２６０ｍｇおよび５４０ｍｇのタンパク質レベル（コーンストーバー１ｇ当たり７ｍｇおよび３ｍｇ）で各フラスコに添加した。蒸留水を添加して、溶液の全重量を、１０００ｇから乾燥重量１８０ｇのコーンストーバーの重量を差し引いた量にした。

サンプル番号４については、２４％の固体負荷で酵素加水分解を実施した。加水分解は、１２５ｍＬのバッフル付Ｅｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコにおいて実施した。各フラスコに、２５ｍＬの０．１Ｍのクエン酸ナトリウム／クエン酸緩衝液（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）をｐＨ４．５で添加した。Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ ＣＴｅｃ２セルロース酵素およびＮｏｖｏｚｙｍｅｓ ＨＴｅｃ２ヘミセルロース酵素を、それぞれ８４ｍｇおよび３６ｍｇのタンパク質レベル（コーンストーバー１ｇ当たり７ｍｇおよび３ｍｇ）で各フラスコに添加した。蒸留水を添加して、溶液の全重量を、５０ｇから乾燥重量１２ｇのコーンストーバーの重量を差し引いた量にした。

サンプル番号１では、非ペレット化ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーをフェッドバッチ式で添加し、加水分解の最初に材料の半分（９０ｇの乾燥重量）を添加し、半分（９０ｇの乾燥重量）を３時間後に添加した。サンプル番号２では、非ペレット化ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーを全て直ちに添加した（乾燥重量１８０ｇ）。サンプル番号３では、ペレット化ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーを全て直ちに添加した（乾燥重量１８０ｇ）。サンプル番号４では、ペレット化ＡＦＥＸＴＭ処理コーンストーバーをフェッドバッチ式で添加し、加水分解の最初に半分（乾燥重量６ｇ）を添加し、半分（乾燥重量６ｇ）を３時間後に添加した。最初のバイオマスを添加した後、フラスコを５０℃の振とうフラスコインキュベータに入れ、２００ＲＰＭで回転させた。１時間毎にサンプルを目視検査し、手動で旋回させて、液体培地の流動性およびバイオマス微粒子を懸濁させる能力を決定した。

酵素添加の６時間および２４時間後に１ｍＬのサンプルを取り、糖の生成についてＨＰＬＣにより分析した。Ｂｉｏｒａｄ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ）Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ ８７Ｐカラムを使用し、カラムを８５Ｃで加熱し、流速０．６ｍＬ／分で個々の糖を分離した。Ｗａｔｅｒｓ ２４１４屈折率検出器（Ｍｉｌｆｏｒｄ，ＭＡ）を用いて糖を定量した。

この実施例で実施される加水分解などの、本明細書に記載される種々の実施形態に従って実施することができる例示的な加水分解の視覚的な表示は、図７Ａ〜７Ｈに示される。加水分解可能な高密度化微粒子７０６（例えば、サンプル番号３）の加水分解は、図７Ａ〜７Ｄに示される。図７Ａに示されるように、加水分解は０時間に始まり、いくつかの加水分解可能な高密度化微粒子７０６が、水位線７０４Ａを有する一定量の液体（水など）を含む容器７０２に入れられる。０．５時間以内に、図７Ｂに示されるように、粒子７０９を含有する懸濁液７０８Ａが形成され、水位線７０４Ａよりも上に加水分解可能な高密度化微粒子７０６は見られない。図７Ｃおよび７Ｄに示されるように、粒子は加水分解の最初の６時間を通して、そしてその後も懸濁液中に留まる。所望される場合には、３時間の時点で付加的な加水分解可能な高密度化微粒子７０６を任意選択で添加して、図７Ｃに示されるように、固体負荷をさらに増大させることができる（例えば、サンプル番号４）。

対照的に、図７Ｅ〜７Ｈに示される従来のルーズなバイオマス繊維の加水分解（例えば、サンプル番号２）においては、ルーズなバイオマス繊維および液体（水など）はすぐに結合して、図７Ｅに示されるように湿ったルーズなバイオマス繊維７１０を形成し、混合は、図７Ｆに示されるように０．５時間の時点でも生じなかった。図７Ｇに示されるように３時間の時点までに、水位線７０４Ｂは初めて目に見える。同等の量の出発材料の場合、この水位線７０４Ｂは、図７Ａ〜７Ｄに示されるような、すなわち加水分解可能な高密度化微粒子７０６が基質として使用される場合の水位線７０４Ａよりも低い。

図７Ｇに示されるように自由水が最終的に存在するにもかかわらず、粒子７０９を含有する懸濁液７０８Ｂは、水位線７０４Ｂの上下の両方に存在する混合されない湿ったルーズなバイオマス繊維７１０の存在によって妨害される。しかしながら、図７Ｈに示されるように６時間の時点で、湿ったルーズなバイオマス繊維７１０は十分に加水分解されており、従って、全ての固体（７１０）はこの時点で粒子７０９に変換されており、懸濁液７０８Ｂ中に留まる（図７Ｄに相当する）が、懸濁液７０８Ｂ中の糖の濃度はより低い。

これらの略図が実証するように、加水分解可能な高密度化微粒子７０６では加水分解が初期により速く生じるだけでなく、比較的短い期間（例えば、加水分解サイクルのおよそ半分よりも短い）の後に、付加的な加水分解可能な高密度化微粒子７０６を任意選択で添加することができる。すなわち、より高い固体負荷が可能であり、従って、得られる図７Ｄの懸濁液７０８Ａは、図７Ｈの懸濁液７０８Ｂの糖濃度と比較して、より高い糖濃度を有する。

表１１は、サンプル番号１、２、および３について、酵素添加後の最初の６時間の間のバイオマスの溶解の視覚的な観察を示す。

これらの結果は、高密度化コーンストーバーの使用が、加水分解の初期段階を著しく改善することを示す。最初の６時間で放出されるグルコースは、フェッドバッチ式添加を伴わないルーズなバイオマスの場合よりも３１％高く、フェッドバッチ式添加を伴うルーズなバイオマスよりも１１％高かった。改善された加水分解性能は２４時間継続した。さらに、最初の６時間を通して、ペレット加水分解物は低い見かけ粘度に保たれ、容易に混合された。これにより、標準の羽根車はバイオマスを懸濁状態に保持し得ることが示唆される。バイオマスは容易に懸濁状態を維持することができたので、固体負荷は容易に増大され得る。サンプル番号４では、固体負荷を増大したにもかかわらず、最初の６時間を通して、バイオマスは懸濁状態を維持し、容易に混合された。２４時間後に７１ｇ／Ｌのグルコース濃度が得られ、１８％の固体負荷のペレットよりも３０％の増大であった。

比較すると、フェッドバッチ式加水分解は、加水分解の始まりから１時間および酵素を２回目に添加してからの１時間は容易に混合することができなかった。フェッドバッチ式添加を伴わないルーズなバイオマスは、５時間までの間、混合できないままであった。

実施例９
この試験は、ＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーペレットを用いる固体負荷１８％の加水分解が、羽根車サイズのタンク直径に対する比が１：３である鉛直攪拌タンク反応器において実施され得るかどうかを決定するために実施した。

実施例７のサンプル番号１について記載されたようにして、コーンストーバーをＡＦＥＸ（商標）処理し、ペレット化した。６枚羽ラシュトンインぺラーおよび３枚羽マリンインぺラーを備えた６リットルのガラスＭｉｃｒｏｆｅｒｍ反応器（Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｅｎｆｉｅｌｄ，ＣＴ）を使用した。羽根車サイズのタンク直径に対する比が０．３５、または約１：３になるように、羽根車の直径は約７．５ｃｍであり、タンクの内径は約２１．５ｃｍであった。４つの均一に離間された鉛直バッフルも反応器内に存在した。蒸留水および酵素を添加して、全重量４．６０ｋｇにした。使用した酵素は、７，０００ｍｇのＮｏｖｏｚｙｍｅｓ ＣＴｅｃ２および３，０００ｍｇのＨＴｅｃ２であった。乾燥重量約１ｋｇのペレットを溶液に添加した。温度を５０℃に維持し、４ＭのＮａＯＨ（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）を用いてｐＨを手作業で５に調整した。羽根車を４００ｒｐｍで回転させた。加水分解から最初の３０分間を通して目視観察を記録し、ペレット添加の１、４、および６時間後に２０ｍＬのサンプルを得た。これらのサンプルを前の実施例に従う糖分析のために定量した。

加水分解の４８時間後に、加水分解物ブロスを遠心分離して、バイオマス微粒子を除去した。次に、発酵生物としてザイモモナス・モビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ ｍｏｂｉｌｉｓ）ＡＸ１０１を用いて上澄みを発酵させた。ｐＨを６に調整し、温度を３０℃まで下げた。Ｚモビリス（ｍｏｂｉｌｉｓ）を酵母抽出物において増殖させ、６００ｎｍにおける初期ＯＤを１として加水分解物に添加した。１％（ｖ／ｖ）負荷のコーンスティープリカーおよび２ｇ／Ｌのリン酸カリウムも栄養物として添加した。接種の２４時間後にサンプルを採取して、エタノール生成および糖利用を評価した。実施例８に記載されるＨＰＬＣによってサンプルをエタノール生成および糖消費について分析した。エタノール生成については、Ａｍｉｎｅｘ ８７Ｐの代わりにＢｉｏＲａｄ Ａｍｉｎｅｘ ８７Ｈカラムを使用した。

攪拌を開始したらコーンストーバーペレットはすぐに懸濁され、１０分以内に急速に壊れて個々の微粒子になった。ペレットが破壊されるにつれて、容器の表面に沿ってコーンストーバーの層が付着された。この層は、一部が持続的に離脱して、再度懸濁液に入っていくので、薄くて永久的でないと思われた。２０分以内に、コーンストーバーのすべてが懸濁され、４８時間の加水分解期間中、懸濁したままであった。１、４、および６時間後のグルコース濃度は２１．９ｇ／Ｌ、３４．２ｇ／Ｌ、および４４．１ｇ／Ｌであり、振とうフラスコ内の性能と一致した。

グルコースおよびキシロース力価は、発酵の開始時に５１．６ｇ／Ｌおよび２４．３ｇ／Ｌであった。２４時間後、グルコースは完全に消費され、キシロースは部分的に消費されて最終濃度は１３．１ｇ／Ｌとなった。この部分的な消費は、この微生物によるＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーの発酵には一般的である。一例として、Ｌａｕ ＭＷ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｂｉｏｆｕｅｌｓ ３：１１（２０１０）を参照されたい。最終エタノール濃度は３２．３ｇ／Ｌであった。

実証されるように、酵素加水分解および発酵は、３０ｇ／Ｌを超える最終エタノール濃度を依然として達成しながら、１８％という高いレベルの固体負荷で実施することができる。羽根車サイズのタンク直径に対する比が約１：３であれば、固体を懸濁状態に保持するために十分であり、均一な混合が可能になる。さらにより高い固体負荷を使用することができるが、この仮説を確認するためにさらなる試験が実施されるであろうと思われる。

実施例１０
この試験では、異なる水分含量で製造したペレットを高固体量で加水分解して、得られるグルコース収率に対するその影響を決定した。

コーンストーバーは、多数の源から入手したが、実施例７に記載されるように主にコロラド州レイから入手した。実施例７に記載されるように、このコーンストーバーを粒径５ｍｍに製粉して、ＡＦＥＸ（商標）処理し、ペレット化した。１２％の水分、２５％の水分、３５％の水分、および５０％の水分含量でペレットを製造した。酵素加水分解は、全重量１００ｇの２５０ｍＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコにおいて１８％の固体負荷で実施した。全ての成分の添加のために全重量１００ｇをもたらすような量で水が添加された各フラスコに１８グラム（乾燥重量）のペレットを添加した。

真菌汚染を管理するために、テトラサイクリンおよびシクロヘキシミドを、それぞれ２０ｍｇ／Ｌおよび１５ｍｇ／Ｌの最終濃度で添加した。クエン酸緩衝液を使用して、実施例８に記載されるようにｐＨを管理した。Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ ＣＴｅｃ２およびＨＴｅｃ２酵素を、それぞれペレット１ｇ当たり７ｍｇおよび３ｍｇのタンパク質負荷で添加した。酵素を添加したら、フラスコを密封し、５０℃および回転２００ｒｐｍに設定した振とうフラスコインキュベータに入れた。酵素を添加してから１、６、２４、４８、および７２時間後に１ｍＬのサンプルを取り、実施例９に記載されるように、糖含量について分析した。結果は、図８に示される（明確にするために５０％水分に対する線は０．５時間左側へシフトされていることに注意されたい）。

図８が示すように、全てのＡＦＥＸ（商標）処理コーンストーバーペレットについて６０ｇ／Ｌよりも高いグルコース濃度が４８時間以内に得られた。この濃度は、エタノールまたは他の付加価値製品への効果的な発酵のために十分である。またペレットは高速で加水分解して、最初の６時間で全糖の５０％を超える糖を生じる。より高い水分含量で製造されたペレットは、低水分含量で製造されたペレットよりも高い糖収率を有する傾向がある。しかしながら、５０％の水分で製造されたペレットは、３５％の水分で製造されたペレットよりも感知できるほど多いグルコースを放出しなかった。

実証されたように、ＡＦＥＸ（商標）処理バイオマスは広範囲の水分含量にわたってペレット化することができ、それでも、発酵性糖の製造の原料として実行可能である。経済および顧客の要望に応じて、水分含量をカスタマイズして、いくつもの用途のために貯蔵性対糖濃度の適切な組み合わせを提供することが可能である。

実施例１１（予言的）
スイッチグラスおよびプレーリーコードグラスなどのバイオマスのサンプルは種々の成熟度で捕集され、コーンストーバーは穀物の収穫後に捕集されるであろう。バイオマス組成は、収穫時、ラウンドベールにおける貯蔵中、最初のＡＦＥＸ（商標）加工および高密度化の後、ならびに高密度化ペレットの貯蔵後に決定されるであろう。ＡＦＥＸ（商標）前処理は、時間、温度、バイオマス水分、およびアンモニア対バイオマス比のパラメータに基づいて、加水分解および結合特性のために統計的に最適化されるであろう。高密度化のための材料を調製するために、少なくとも９０％のグルカン変換および８０％のキシラン変換を提供するＡＦＥＸ（商標）条件が使用されるであろう。

高密度化は、実施例２、３、または８で使用される方法を含む任意の適切な方法を用いて実施されるであろう。

得られるペレットは、長期貯蔵をシミュレーションするために種々の環境条件にさらされてから、流動性、圧縮強度などについて評価されるであろう。下流の加工特性は、別箇の加水分解および発酵（ＳＨＦ）対同時糖化および発酵（ＳＳＦ）を含む標準化された加水分解および発酵条件セットを用いて評価されるであろう。一実施形態では、新しく調製されたペレット（すなわち、約１か月以内）、貯蔵されたペレットおよび非高密度化バイオマスの間で、これらの特性の比較が行われるであろう。

実施例１２（予言的）
プレーリーコードグラスのＡＦＥＸ（商標）前処理は、時間、温度、バイオマス水分、およびアンモニア対バイオマス比に対して統計的に最適化されるであろう。かなり広範囲のＡＦＥＸ（商標）前処理条件により同様の加水分解結果が与えられ、結合特性も高める前処理条件セットがあるという確信が得られる。高密度化のための材料を調製するために、少なくとも９０％のグルカン変換および８０％のキシラン変換を提供するＡＦＥＸ（商標）前処理条件が同定され、使用されるであろう。我々の実験室で開発された種々の方法（ＥＳＣＡ，プルシアンブルー染色、ＳＥＭ）を用いて、これらの前処理された材料が表面特性について特徴付けられ、その特性と、ペレット密度および耐久性とが相関されるであろう。

実施例１３（予言的）
前処理されたバイオマスを高密度化ペレットへ変換するための操作条件を最適化するために操作変数が調べられるであろう。これらの変数には、ＡＦＥＸ（商標）前処理条件、水分含量、粒径、ダイ温度対結合強度、圧縮速度対出力品質、エネルギー使用、現存の表面化学および変化、圧縮比率および得られる密度、ならびに圧縮されたパッケージサイズおよび形状が含まれる。機械部品の摩擦および摩耗も査定されるであろう。

実施例１４（予言的）
任意の既知のＡＦＥＸ（商標）手順を用いて、または実施例１の手順に従って、またはＡＦＥＸ（商標）手順の任意の他の適切な修正を用いて前処理されたバイオマスは、実施例２および３に記載される方法を含む任意の適切な方法を用いて高密度化されるであろう。

次に、高密度化バイオマスは、温度（２５〜４０℃）、相対湿度（６０〜９０％）、圧密応力（０〜１２０ｋＰａ）、および貯蔵時間（０〜６か月）を含む種々の環境条件にさらされるであろう。貯蔵に続いて、以下に記載されるように物理特性が評価されるであろう。

いくつかのＡＦＥＸ（商標）ペレットをトラックの床などの容器に入れて約４５度に傾ける簡単な試験により流動性が評価され得る。ペレットが容器から流れ出るのに必要な時間に注目することによって、従来のペレットとの比較を行うことができる。

また流動性は、Ｃａｒｒ指数を用いても評価されるであろう。ＡＳＴＭ Ｄ６３９３．１９９９，「Ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｂｕｌｋ ｓｏｌｉｄｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ Ｃａｒｒ ｉｎｄｉｃｅｓ」，ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｗ．Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ．ＰＡを参照されたい。流動性は、材料が、所与の環境条件下で突然にではなく（ｕｎ−ａｂｒｕｐｔｌｙ）流れる能力であると包括的に定義される。流動性の測定は、ほとんどの場合、全流動性指数および全噴流性（ｆｌｏｏｄａｂｉｌｉｔｙ）指数を計算することにより、Ｃａｒｒ指数によって行われる。Ｃａｒｒ，Ｒ．Ｌ．Ｊｒ．１９６５，「Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｆｌｏｗ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｌｉｄｓ」，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ７２（３）：１６３−１６８。

全流動性指数に対する値がより高く、全噴流性指数に対する値がより低いと、流動の問題が少ないかまたは全くない理想的な材料が得られるであろう。流動性を定量する別の方法は、Ｊｅｎｉｋｅ Ｓｈｅａｒ Ｓｔｒｅｓｓ特性を測定することによるものである。Ｊｅｎｉｋｅ，Ａ．Ｗ．１９６４，「Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｏｆ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｎｏ．１２３」，Ｕｔａｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ，Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｕｔａｈを参照されたい。Ｊｅｎｉｋｅの方法は、粒子の凝集性、降伏位置、内部摩擦角、降伏強さ、および流動関数、および粒径分布を決定するためにも使用されるであろう。ＡＳＴＭ Ｄ６１２８．２０００，「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｈｅａｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｂｕｌｋ Ｓｏｌｉｄｓ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｊｅｎｉｋｅ Ｓｈｅａｒ Ｃｅｌｌ」，ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｗ．Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ．ＰＡ、およびＡＳＡＥ Ｓ１９．３．２００３，「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ ｆｉｎｅｎｅｓｓ ｏｆ ｆｅｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂｙ ｓｉｅｖｉｎｇ」，ＡＳＡＥ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｓｔ Ｊｏｓｅｐｈ，ＭＩ：ＡＳＡＢＥを参照されたい。

さらに、グルカン、キシラン、ガラクタン、アラビナン、マンナン、リグニン、灰分および繊維レベルは、貯蔵および流動性挙動に対するその効果を決定するために評価されるであろう。さらに、いくつかの他の物理特性は、流動性の悪さの指標としてとして測定されるであろう（すなわち、粒径、粒子形状、熱特性、水分特性、および色）。Ｓｅｌｉｇ，Ｍ，ｅｔ ａｌ．，２００８，「Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｂｉｏｍａｓｓ」，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｐｏｒｔ ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２９、Ｓｌｕｉｔｅｒ，Ａ，Ｂ．Ｈａｍｅｓ，Ｒ．Ｒｕｉｚ，Ｃ．Ｓｃａｒｌａｔａ，Ｊ．Ｓｌｕｉｔｅｒ，ａｎｄ Ｄ．Ｔｅｍｐｌｅｔｏｎ，２００８ａ，「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｈ ｉｎ ｂｉｏｍａｓｓ」，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｐｏｒｔ ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６２２、Ｓｌｕｉｔｅｒ，Ａ，Ｂ．Ｈａｍｅｓ，Ｒ．Ｒｕｉｚ，Ｃ．Ｓｃａｒｌａｔａ，Ｊ．Ｓｌｕｉｔｅｒ，Ｄ．Ｔｅｍｐｌｅｔｏｎ，ａｎｄ Ｄ．Ｃｒｏｃｋｅｒ．２００８ｂ，「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｓ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ｉｎ ｂｉｏｍａｓｓ」，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｐｏｒｔ ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６１８を参照されたい。

高密度化の前および後のバイオマスの取扱い能力に影響を与えるレオロジー材料特性が確立されるであろう。このような特性には、バルク密度、真密度、圧縮性、緩和、スプリングバック、透過性、拘束されない降伏強さ、および摩擦特性が含まれるが、これらに限定されない。これらの特性は、原料の粒径および分布、形状因子、水分条件、ならびに圧密圧力および時間の関数である。市販のレオロジー試験機は、通常、小さい穀物および細かい粉末と共に使用するために設計されており、従って直径が１／４インチよりも大きい微粒子を収容しないので、より大きい原料粒子を特徴づけるために新しい測定システムが開発されるであろう。システムには、種々の材料サイズに規模を合わせることができ、市販の負荷フレームと一体化されて様々な圧密圧力範囲にわたって操作される圧縮およびせん断セルが含まれる。

一般線形モデル、回帰、応答表面分析（ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）、多変量分析、および必要に応じて他の技術などの形式的な統計的方法を用いて、改善された（または最適化された）流動性をもたらす条件を決定するためにデータが分析されるであろう。Ｍｙｅｒｓ，Ｈ．Ｒ．１９８６，「Ｃｌａｓｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｏｄｅｒｎ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，第２版．Ｄｕｘｂｕｒｙ ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＣＡ．ＵＳＡ．Ｄｒａｐｅｒ，Ｎ．Ｒ．，ａｎｄ Ｓｍｉｔｈ，Ｈ．１９９８，「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ」，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ：Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．を参照されたい。

実施例１５（予言的）
少なくとも３つのタイプのバイオマス、すなわちコーンストーバー、スイッチグラス、およびプレーリーコードグラスが評価されるであろう。これらの原料のそれぞれについて、加工していない粉砕バイオマス、ＡＦＥＸ（商標）前処理されたバイオマス、およびＡＦＥＸ（商標）前処理および高密度化されたバイオマス（貯蔵の前後）のサンプルが捕集されるであろう。従って、全部で３×４＝１２個のバイオマスサンプルタイプが評価されるであろう。別箇の加水分解および発酵（ＳＨＦ）が評価されるであろう。糖化のために、フラスコは、オービタルシェーカーにおいて５０℃および２５０ｒｐｍで４８時間インキュベートされるであろう。サンプルは、０、２、４、６、８、１８、２４、３０、３６、および４８時間で取り出されるであろう。次に、フラスコは３０℃まで冷却され、２ｇ／ｌのグルコースおよび２ｇ／ｌの酵母抽出物を含有する培地で増殖されたペントース発酵能力を有するサッカロミセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）組換え株の１２〜１８時間培養物２ｍｌが播種されるであろう。フラスコは、オービタルシェーカーにおいて３０℃および１５０ｒｐｍでさらに９６時間インキュベートされるであろう。サンプルは発酵の間、０、３、６、９、１８、２４、３６、４８、６０、７２、８４、および９６時間で取り出されるであろう。

同時糖化および発酵（ＳＳＦ）も変換を評価するために実施されるであろう。主な違いは、フラスコに酵素を投与したら直ちに上記のような酵母を播種し、そして３０℃で１４４時間インキュベートすることであろう。サンプルは、０、２、４、６、８、１８、２４、３６、４８、６０、７２、９６、１２０、および１４４時間で取り出されるであろう。酵素およびバイオマスの負荷ならびに他の条件は上記のものと同一であろう。

新規の高密度化バイオマス製品ならびにその製造および使用方法が本明細書に記載される。一実施形態では、従来の前処理を使用して粘着性バイオマスが製造されるが、これは、驚くことに、添加バインダーを使用することなく、固体の加水分解可能な微粒子へ容易に変換可能である。また加水分解可能な微粒子は、驚くことに、添加バインダーと共に製造された、そして／あるいは添加バインダーを含有する従来の高密度化微粒子比べて、少なくとも同様に高密度であり、より優れた硬度特性を実証する。

一実施形態では、２つ以上のタイプのバイオマス材料（例えば、コーンストーバー、草、および／または木など）を含む加水分解可能な微粒子が提供される。このようにして、比較的均一の特性を有する商品（ｃｏｍｍｏｄｉｔｙ）の加水分解可能な固体バイオマス製品が提供され、より容易にバイオマス加工産業に取り入れられる可能性がある。このような特性には、ＢＴＵ含量、糖含量などが含まれるが、これらに限定されない。

任意の適切なタイプの高密度化プロセスを使用して、様々なサイズおよび形状を有する製品を製造することができる。一実施形態では、高密度化プロセス装置はギアメッシュシステムを使用して、隣接するギアの歯の間の先細チャネルを通してバイオマスを圧縮し、高密度の加水分解可能な微粒子が形成される。一実施形態では、システムは、従来のプロセスよりも低い温度、圧力、およびエネルギー要求で動作する。

一実施形態では、前処理された加水分解可能な微粒子は、前処理されていない微粒子と比較して、出荷、取扱いおよび／または貯蔵中、より良く「持ちこたえる（ｈｏｌｄ ｕｐ）」、すなわち物理的な力に対してより抵抗性である。一実施形態では、得られる製品は、従来のバイオマス固体と比較して増大した流動性を有し、これにより、輸送車両および貯蔵システムの自動化された積み降ろし、ならびに加工施設内の輸送が可能になる。

全ての刊行物、特許および特許文献は、それぞれその全体が、あたかも参照によって個々に援用されたかのように参照によって本明細書中に援用される。何らかの矛盾がある場合、本明細書におけるあらゆる定義を含めて、本発明の開示が優先する。

特定の実施形態が本明細書において説明および記載されたが、同じ目的を達成するために考慮される任意の手順は示される特定の実施形態によって置換され得ることは当業者には明らかであろう。例えば、本プロセスは、特定のタイプの植物バイオマスを用いて議論されているが、任意のタイプの植物バイオマスまたは他のタイプのバイオマスまたはバイオ燃料、例えば、農業バイオ燃料などが使用されてもよい。本出願は、本発明の主題の任意の適合形態または変形形態を包含することが意図される。従って、本発明の実施形態は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。

Claims (23)

1. １つまたは複数の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を加水分解して、変換可能な糖含有ストリームを製造するステップを含む方法において、前記高密度化バイオマス微粒子が、
   一定量の植物バイオマス繊維を前処理にかけて、各繊維内に含有されるリグニンおよび／またはヘミセルロースの少なくとも一部を前記繊維の外側表面に移動させ、一定量の前処理された粘着性植物バイオマス繊維を生じさせるステップと、
   前記一定量の前処理された粘着性植物バイオマス繊維を高密度化して、前記１つまたは複数の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を生じさせるステップと
   によって製造され、前記バイオマス繊維が添加バインダーを用いることなく高密度化されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、固体負荷が約１２％〜約３５％の間であることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記固体負荷が約１２％〜約２０％の間であることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記加水分解が酵素加水分解であることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記バイオマス繊維が、コーンストーバー繊維、スイッチグラス繊維、木材繊維、プレーリーコードグラス繊維、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記前処理および高密度化ステップが統合プロセスとして単一の場所で実施されることを特徴とする方法。
7. 請求項５に記載の方法において、前記前処理が、アンモニア前処理または水酸化ナトリウム前処理であることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記アンモニア前処理が、液体アンモニア繊維膨張（ＡＦＥＸ）前処理または気体ＡＦＥＸ前処理であることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記前処理の間に水および／または水蒸気を添加するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
10. 請求項５に記載の方法において、前記変換可能な糖含有ストリームが発酵されてバイオプロダクトが製造されることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、発酵速度が、非高密度化植物バイオマスを用いて達成される発酵速度と比較して改善されることを特徴とする方法。
12. 請求項１０に記載の方法において、前記バイオプロダクトがバイオ燃料であることを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法に従って製造されることを特徴とする製品。
14. １つまたは複数の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を加水分解して、変換可能な糖含有ストリームを製造するための加水分解施設を含むシステムにおいて、前記高密度化バイオマス微粒子が、
    一定量の植物バイオマス繊維を前処理にかけて、各繊維内に含有されるリグニンおよび／またはヘミセルロースの少なくとも一部を前記繊維の外側表面に移動させ、一定量の前処理された粘着性植物バイオマス繊維を生じさせるステップと、
    前記一定量の前処理された粘着性植物バイオマス繊維を高密度化して、前記１つまたは複数の加水分解可能な高密度化バイオマス微粒子を生じさせるステップと
    によって製造され、前記バイオマス繊維が添加バインダーを用いることなく高密度化されることを特徴とするシステム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記加水分解施設がバイオプロダクト製造施設の一部であり、前記変換可能な糖含有ストリームが前記バイオプロダクト製造施設において発酵されて、バイオプロダクトが製造されることを特徴とするシステム。
16. 請求項１５に記載のシステムにおいて、前記バイオプロダクト製造施設がエタノール製造施設であることを特徴とするシステム。
17. 請求項１６に記載のシステムにおいて、前記バイオマス繊維がコーンストーバー繊維であることを特徴とするシステム。
18. 請求項１４に記載のシステムにおいて、固体負荷が約１２％〜約３５％の間であることを特徴とするシステム。
19. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記固体負荷が約１２％〜約２０％の間であることを特徴とするシステム。
20. 請求項１４乃至１９の何れか１項に記載のシステムにおいて、
    前記前処理にかけるステップのための前処理施設と、
    前記高密度化ステップのための高密度化施設と
    をさらに含むことを特徴とするシステム。
21. 請求項２０に記載のシステムにおいて、前記前処理がアンモニア前処理または水酸化ナトリウム前処理であることを特徴とするシステム。
22. 請求項２１に記載のシステムにおいて、前記アンモニア前処理が、液体アンモニア繊維膨張（ＡＦＥＸ）前処理または気体前処理であることを特徴とするシステム。
23. 請求項２０に記載のシステムにおいて、前記前処理施設および高密度化施設が同一場所に配置されることを特徴とするシステム。

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