JP2016531744A - バイオマスの不水溶性成分のための単離方法およびそこから得られる産物 - Google Patents

Abstract

本方法は、水酸化ナトリウムなどの第１の塩基性溶液でバイオマスを前処理し、繊維を機械的に改変して流動化したバイオマスを得ることを含む。次に、流動化したバイオマスを、バイオマスの個々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す。次に、バイオマスに圧縮力を加えて、第１の液体画分を第１の分画されたバイオマスから分離する。その後、特にヘミセルロースおよび／または糖が第１の分画されたバイオマスにまだ存在する場合、第１の分画されたバイオマスを、以前と同じ高周波パルスおよび剪断力に再びさらすことができる。圧縮力を使用して、第２の分画されたバイオマスから第２の液体画分を分離する。第２の分画されたバイオマスは、ｐＨが８〜１２で、過酸化水素でなどの酸化を施される。次に、第２の分画されたバイオマスに圧縮力を加え、バイオマスの１つまたは複数の不水溶性成分を水溶性の形態で分離する。

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１３年８月１２日提出の米国特許仮出願第６１／８６４，８５３号、２０１３年１１月２７日提出の米国特許仮出願第６１／９０９，４１８号および２０１３年１２月２０日提出の米国特許仮出願第６１／９１９，１９４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。

本発明は、バイオマスの成分を単離するための方法に関する。この方法において提供される画分および抽出物の例には、リグニン、セルロース、糖、ヘミセルロース、繊維および／または抽出物の抽出、単離および精製が含まれる。

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。植物バイオマスの材料は、主にセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンからなり、これらは互いに結合してある量の抽出可能物（ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ）、ペクチン、タンパク質および／または灰分と共に複雑でもつれたゲル様構造をなしている。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、これらの種々の構成成分の効率的および／または経済的な分離および単離に依存する。

有用な産物を産出するためには、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抽出物、ヘミセルロース、リグニン、およびセルロースへの分離または分画（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｅ）である。バイオマスの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。この分離が達成されると、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。

その単離が関心を持たれてきたバイオマスの１つの成分は、リグニンである。リグニンは架橋ラセミ巨大分子であり、分子量は１０，０００Ｄａを超える。リグニンは、比較的疎水性の性質であり、芳香族である。自然界における重合度は、測定が困難である。なぜならば、リグニンは典型的な抽出中に断片化（ｆｒａｇｍｅｎｔ）される場合が多く、リグニン分子は、行き当たりばったり（ｈａｐｈａｚａｒｄ）の形態で繰り返すように思われる多様な種類の基礎構造（ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）からなるからである。単離手段に応じて様々な種類のリグニンを特徴付けてきた。

メトキシ化の程度が様々である、ｐ−クマリルアルコール、コニフェリルアルコールおよびシナピルアルコールの３種類のモノリグノールモノマーが存在する。これらリグノールは、それぞれがフェニルプロパノイドｐ−ヒドロキシフェニル（Ｈ）、グアイアシル（Ｇ）およびシリンギル（Ｓ）の形態でリグニンに組み込まれている。裸子植物は、ほとんど全てがＧからなり少量のＨを含むリグニンを有する。双子葉類被子植物のリグニンは、通例ＧとＳの混合物（Ｈは極めて少ない）であり、単子葉リグニンは、Ｈ、ＧとＳ全ての混合物である。多数の草は大部分Ｇを有し、一部のヤシは主にＳを有する。全てのリグニンが、少量の不完全なまたは改変されたモノリグノールを含有しており、非木材植物では、他のモノマーが際立っている。

同様に、バイオマスのもう１つの成分であるセルロースも、特に製紙産業に関しておよびバイオ燃料の生産において興味の対象になってきた。セルロースは、化学式（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）_ｎの有機化合物であり、直鎖の数百から１万を超えるβ（１→４）結合したＤ−グルコース単位からなる多糖類である。セルロースは、緑色植物、数多くの形態の藻類および卵菌の一次細胞壁の重要な構造成分である。セルロースは、地球上で極めて豊富な有機ポリマーである。セルロース含有量は、綿繊維では９０％、材木では４０〜５０％、乾燥大麻ではおよそ４５％である。セルロースは、ボール紙および紙の生産に主に使用されている。より少量のセルロースは、セロファンおよびレーヨンなどの多種多様な派生商品に変換されている。

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個々の構成成分、特にリグニン、ヘミセルロースおよびセルロース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し続けている。

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。

本発明は、大規模な生産に適合させることができ、環境にやさしい溶媒を使用しかつ／またはエネルギー効率が優れている、バイオマスの種々の成分を単離するための方法を提供する。さらに、本発明は、ヘミセルロース、他の糖および不水溶性成分を実質的に含まないバイオマスを提供しつつ、バイオマスの種々の水溶性の形態の不水溶性成分を単離するための方法を提供する。

方法は、バイオマスを水酸化ナトリウムなどの第１の塩基性溶液で前処理する工程を含む。前処理には、繊維を機械的に改変（ａｌｔｅｒ）して、例えば、繊維を切り開いて流動化されたバイオマスを形成することを含むことができる。次に、繊維が切り開かれているバイオマスを、バイオマスの個々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）にさらす。その後、バイオマスに圧縮力を加えて、第１の分画されたバイオマスから第１の液体画分を分離する。次に、特に第１の分画されたバイオマス中にヘミセルロースおよび／または糖がまだ存在する場合には、第１の分画されたバイオマスを以前と同じ高周波パルスおよび剪断力に再びさらしてもよい。圧縮力を使用して第２の分画されたバイオマスから第２の液体画分を分離する。第２の分画されたバイオマスは、セルロースならびにリグニンおよびタンパク質を含む不水溶性成分が高く、ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない。第２の分画されたバイオマスに、８〜１２のｐＨで、過酸化水素などで酸化を施す。その後、第２の分画されたバイオマスに圧縮力を加えて、ヘミセルロース、糖およびバイオマスの不水溶性成分を実質的に含まない第２の分画されたバイオマスから、水溶性および液体の形態でバイオマスの１つまたは複数の不水溶性成分を分離する。

本発明は、周囲環境の温度で５〜１２のｐＨで水溶性の形態のバイオマスの不水溶性成分も提供する。典型的に水溶性である例となる成分としては、ヘミセルロース、糖、ペクチン、一部のタンパク質および抽出物が挙げられる。典型的に不水溶性である成分としては、脂質、リグニン、一部のタンパク質および抽出物が挙げられる。

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。 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。

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。

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。

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。工程は、同時に行うことができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、木の実、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、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。

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）維持する接着剤（ｇｕｌｅ）である。

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。

「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。

バイオマスの個々の成分は、これらに限定されないが、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、タンパク質、医薬品、栄養補助食品および植物の葉、茎、花、芽、根、塊茎、種子、木の実、果実などから得られる他の物質を含むことができる。

「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、ブタノールおよびグリコールを含む。「短鎖アルコール」は、一般に、Ｃ_１〜Ｃ_４アルコールを含む。

「水」は、これらに限定されないが、脱イオン水、湧水、蒸留水、鉱水、水道水および井戸水ならびにその混合物を含む。「水溶性」は、周囲環境の温度で水または他の溶媒に溶解することが可能である成分を含む。「不水溶性」は、周囲環境の温度で水にも他の溶媒にも溶解することができない成分を含む。

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、添加物と一緒にまたは添加物なしで溶媒に接触させて個々の成分の分離を促進す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）および２０１４年８月８日提出の同時係属米国特許出願第１４／４５４，９５２号（代理人整理番号１２３７−２）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する１２０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つまたは複数の個々の成分を変性させることはない。そのような分画は、分画されたまたは抽出されたバイオマスから分離することができる画分または抽出産物を提供する。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、そのような成分の断片化を実質的に生じさせない。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に続いて、圧縮力１３０、その後撹拌しながらまたは撹拌なしでの濾過および／または分離１４０にかけることができる。画分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。一実施形態では、分画されたバイオマス中のヘミセルロースおよび糖の量は、例えばブリックス計を使用してモニターされる。かなりの量のヘミセルロースまたは糖がまだ存在する場合には、高周波パルスおよび剪断力にさらし、圧縮力を加える工程を繰り返す。

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ための方法は、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ための方法は、バイオマスを水に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。

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、それによって流動化されたまたは流動性のある形態で提供される。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。

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。

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。

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。

別の実施形態では、ヘミセルロースおよびリグニン個々の成分の分離を促進するために、アルカリ金属の水酸化物、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、炭酸ナトリウムおよびホウ酸ナトリウムを含む。水酸化物の混合物またはブレンドを使用することができる。アルカリ金属水酸化物が添加される場合、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。

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。蒸気は、溶媒の蒸気でもよいことは認識されている。

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でき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。

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、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。

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、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、回収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。

分画１２０および分画に施す工程は、バイオマス画分にヘミセルロースおよび糖が実質的になくなるまで続けることが可能である。これは、ブリックス計を使用して糖含有量を測定すること、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用して溶融温度を測定すること、および、示差熱分析（ＤＴＡ）を使用して融解曲線下面積を測定することを含む、多種多様な物質においてモニターするまたは測定することが可能である。

本発明に従って提供さ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。本発明に従って提供される画分または抽出物は、図２に概説してい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。高セルロースの分画されたバイオマスを使用して、パルプおよび紙を作ることが可能である。

分画されたバイオマスがヘミセルロースおよび糖を実質的に含まなくなった後、バイオマスに７を超えるｐＨで酸化を施す。一実施形態では、分画されたバイオマスを０．１〜１．５パーセントの過酸化水素に接触させることにより酸化が起こる。例えば、リグニン分離、単離および精製に関して、過酸化水素は、リグニンエーテル結合（ｌｉｇｎｉｎ ｅｔｈｅｒ ｂｏｎｄ）を開裂させる。具体的には、リグニン中のフェノール基は電離し、こうして得られたラジカルは主にフェノキシラジカルタイプである。次に、スーパーオキシドアニオンの不均化を通じて過酸化水素が形成される。スーパーオキシドアニオン自体はそれほど反応性が高くはないが、過酸化水素の分解生成物には極めて反応性が高いヒドロキシルラジカルが含まれる。ヒドロキシルラジカルは、リグニン構造体と反応するだけではなく、多糖類をすぐに攻撃し、続いてグリコシド結合を開裂させ、剥離反応（ｐｅｅｌｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ）に対する新たな部位を作り出す。ペルヒドロキシルラジカルがリグニン（またはタンパク質または不水溶性抽出物）に結合した後、バイオマスのこれらの個々の成分は、極性が増し、水溶性になる。他の酸化剤としては、過酸化ナトリウム、過酸化カルシウムおよび過酸化マグネシウムを含む有機および無機過酸化物などのアルカリ金属過酸化物が挙げられる。さらに、この反応は、前処理工程にアントラキノンもしくはその誘導体または他の触媒を含むことにより促進することが可能である。

分離後、その時点で水溶性の個々の成分を、さらに分離し、単離しかつ／または精製することができる。一実施形態では、遠心分離を使用してデカント（ｄｅａｎｔ）を提供する。次に、例えば、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ，Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓから入手可能な限外濾過またはダイアフィルトレーション（ｄｉａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜を使用することができる。第１の膜を使用して、液体画分から残存するヘミセルロースを除去することが可能である。一実施形態では、第１の膜は、１０Ｋダルトンスクリーンである。保持分（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）は、ヘミセルロースを含むことになり、透過分（ｐｅｒｍｅａｔｅ）は、主にリグニン、タンパク質および抽出物と少量のヘミセルロース、糖および繊維断片を含むことになる。第２の膜は、膜に応じて保持分としてリグニン、タンパク質または抽出物を、透過分として残りの任意のヘミセルロース、糖、断片、夾雑物（例えば、重金属）を単離することになる。一実施形態では、第２の膜は、８Ｋダルトンスクリーンである。追加の３Ｋダルトンスクリーンを使用し、所望の成分をさらに単離することが可能である。

特定の実施形態では、本発明の分画および／または抽出方法により得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプは、紙および紙製品の調製において使用するまたは適用することが可能である。紙製品の例としては、これらに限定されないが、紙、ボール紙およびカード用紙が含まれる。本発明より得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプから調製される紙製品の使用は、特に限定されてはいない。その使用目的に応じて、多種多様な特質を持つ紙製品を生産することが可能であり、例えば、紙幣、銀行券、小切手、証券、商品券および切符などの価値を表すものから、本とノート、スクラップブック、雑誌、新聞、挿絵、手紙などの情報を蓄えるため；日記、自分用メモ等、およびメモ用紙などの個人的利用のため；個人および／または集団間の意思の疎通などのコミュニケーションのための用途、また；ボール紙、クラフトボール、容器用板紙、段ボールライナー、飲料および／または食品容器、液体容器、段ボール箱、紙袋、封筒、包装用ティッシュ、薬包紙エンポレチカ（ｅｍｐｏｒｅｔｉｃａ）、ならびに壁紙などの包装および容器用として；トイレットペーパー、ハンカチ、紙タオル、化粧紙および猫用トイレなどの清掃用として；パピエマシュ、折り紙、紙飛行機、クイリング、複合材料中のコア材として使用されるペーパーハニカム、紙工、厚いパルプ紙および紙製被服などの建設用としての用途、さらに；エメリー研磨紙、紙やすり、吸い取り紙、リトマス紙、広域指示薬試験紙、ペーパークロマトグラフィー、電気絶縁紙（絶縁体および誘電率も参照）および濾紙などの他の用途にまで及ぶ。

本発明により得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプを紙および紙製品の生産において使用する方法は、特に限定されておらず、当業者であれば認識すると考えられるいかなる方法でも、本発明により得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプを紙および紙製品の生産において使用することができる。例えば、本発明に従って得られるセルロースパルプを抄紙器に送り込むことが可能であり、そこでペーパーウェブとして形成されて、水分は圧力をかけて乾燥させることによりそこから除去される。本発明により得られるセルロースパルプを漂白して、パルプをさらに白くすることもできる。パルプの漂白において使用される典型的な化学物質および方法としては、塩素、次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウムを用いた抽出、酸素、アルカリ性過酸化水素、オゾン、金属を取り除くキレート化、酵素処理、過酸、および亜ジチオン酸ナトリウムが含まれる。典型的なキレート剤としては、これらに限定されないが、ＥＤＴＡおよびＤＴＰＡが含まれる。本発明により得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプの漂白の方法は、特に限定されるものではないが、無塩素漂白（ＥＣＦ）法および／または無塩素漂白（ＴＣＦ）法により、さらに環境にやさしい漂白法を提供できる。例えば、ＴＣＦ漂白は、ダイオキシンなどの有毒化学物質の形成を防止する。パルプの漂白のためのＴＣＦ順序の例は、パルプを酸素で、次にオゾンで処理し、水酸化ナトリウムで洗浄して、その後、順にアルカリ性過酸化物および亜ジチオン酸ナトリウムで処理する。

他の実施形態では、本発明に従って得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプは、紙加工の調製および／または製造において使用するまたは適用することが可能である。セルロースおよびセルロース誘導体は、物理的特性、例えば、これらに限定されないが、外観、例えば、光沢度および仕上がり、強度、剛性ならびに耐水性を増強するために紙の表面を覆うのに使用されてきた。本発明に従って得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプから紙加工を施す方法は、限定されておらず、使用される方法は当業者であれば認識すると考えられるいかなるものでもよい。

さらに、他の実施形態では、本発明に従って得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプは、繊維の調製において使用することが可能である。繊維の例には、これらに限定されないが、再生されたセルロース繊維、例えば、セロファンおよびレーヨンが含まれる。

さらに、他の実施形態では、本発明に従って得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプは、消耗品において使用することが可能である。消耗品の種類は、特に限定されないが、応用は、これらに限定されないが、薬物錠剤中の不活充填剤として使用される微結晶セルロースもしくは粉末セルロース、濃厚剤（ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ）および／または安定剤を含むことが可能である。粉末セルロースを使用すれば、加工食品または食料品の特質を改良し、例えば、容器内の加工食品または食料品の固化および／または凝集を防ぐこともできる。

さらに、他の実施形態では、本発明に従って得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプは、化学的応用において使用することが可能である。セルロースは、クロマトグラフィー、特に薄層クロマトグラフィーのための固定相（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｐｈａｓｅ）として実験室で広く使用されている。液体およびゲル濾過は、セルロース単独からまたは他の濾過媒体、例えば、珪藻土と組み合わせて調製される製品を典型的に使用する。

さらに、他の実施形態では、本発明に従って得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプは、建設および建築材料において使用することが可能である。再生紙から作られるセルロース断熱材は、建物用断熱材用の環境的に好ましい材料として人気が高まりつつある。再生紙から作られるセルロース断熱材は、難燃剤としてホウ酸で処理することが可能である。さらに、水中のセルロースの水素結合は、プラスチックおよび樹脂に使用するための代替として、噴霧可能な（ｓｐｒａｙａｂｌｅ）成形性（ｍｏｌｄａｂｌｅ）の材料を生成することが可能である。再生可能な材料を耐水性および／もしくは耐炎性または難燃性にすることが可能であり、建築材料としての使用に十分な強度を提供することが可能である。

別の実施形態では、セルロースをセルロース酵素で処理して、結晶セルロースをグルコースまで加水分解し、続いて酵母または適切な微生物でグルコースを発酵させてバイオ燃料および／またはバイオ供給原料を得ることが可能である。分画されたバイオマスから前もって分離されたヘミセルロースおよび／または糖を戻して（ａｄｄ ｂａｃｋ）、セルロースと共発酵させることができることは認識されている。

別の特定の実施形態では、本発明に従った分画または抽出は、ヘミセルロースおよび糖を得る。本発明に従った方法により得られる糖および／またはヘミセルロースは、これに限定されないが、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おいてさらに使用することができる。そのような実施形態の１つによれば、得られた画分を発酵させてエタノールを生成する。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、リグニンをさらに分離し、追加の加工のために乳化させることができる。リグニンは高温にさらされていないので、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さらに高くさせることができる。

本発明の別の実施形態では、単離され使用される画分または抽出物は、リグニンである。本発明により得られるリグニンの適用および使用の例としては、これらに限定されないが、例えば、セメントおよびコンクリート、動物用飼料ペレット、動物用飼料糖蜜添加物、道路結合材／防塵、駆除剤、油井掘削用泥水、接着剤、樹脂および結合材、壁板、分散剤、乳化剤および湿潤剤、アグロメラント（ａｇｇｌｏｍｅｒａｎｔ）、キレート剤、皮処理、抗菌活性、鉛酸蓄電池、油回収、水処理、産業用洗浄剤、乳化安定剤、カーボンブラック、インクおよびアゾ顔料、染料、微量栄養素、肥料、耐火材およびセラミック煉瓦添加剤、選鉱、ならびに猫用トイレが挙げられる。本発明の別の実施形態では、使用される画分または抽出物は、パルプ、セルロースおよび／またはセルロースパルプである。本発明により得られるセルロースおよび／またはセルロースパルプの適用および使用および応用の例には、これらに限定されないが、例えば、紙と紙製品、紙加工、繊維、消耗品、科学、バイオ燃料、建築材料、絶縁性接着剤および結合剤が含まれる。

いくつかの実施形態では、本発明に従って得られるリグニンは、リグニンの誘導体またはリグニン誘導体、例えば、リグニンスルホン酸またはリグニンアミンを含むことができる。追加の実施形態では、本発明によって得られるリグニンは、結合剤として使用される。リグニンまたはリグニン誘導体は、接着剤として使用すれば、ペレットまたは圧縮された材料中の結合剤としての機能を果たすことが可能である。リグニンまたはリグニン誘導体は、例えば、未舗装道路上で防塵に使用すれば、浮遊塵粒子由来の環境問題を軽減し、道路表面を安定化することが可能である。リグニンは、結合剤として作用することができるので、例えば、生分解性プラスチック、練炭、合板およびパーティークルボード、セラミクス、動物用飼料ペレット、カーボンブラック、グラスファイバー断熱材、肥料および除草剤、リノリウムペースト、塵抑制剤、ならびに土質安定剤における成分として有用になる。

他の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、分散剤として使用される。リグニンまたはリグニン誘導体は、懸濁液中の非溶解粒子の凝集および沈降を防ぐことが可能である。リグニンまたはリグニン誘導体は、懸濁液中の粒子が他の粒子に引き付けられるのを防ぐことが可能であり、懸濁液中に粒子を含む産物を使用するのに必要な水の量を減らすことが可能である。リグニンまたはリグニン誘導体は、分散剤として作用することができるので、リグニンは、例えば、セメント混合物、革なめし、粘土およびセラミクス、コンクリート混合物、染料および顔料、油掘削用泥水、ならびに駆除剤および殺虫剤中の成分として有用になる。

さらに他の実施形態では、本発明に従って得られるリグニンは、乳化剤として使用される。リグニンまたはリグニン誘導体は、非相溶性液体、例えば、油と水のエマルジョンを安定化させて、エマルジョンの分離に対して高度に抵抗することができる。リグニン、リグノ硫酸およびリグノアミンは、乳化剤として作用することができるので、リグニンまたはリグニン誘導体は、例えば、アスファルト乳剤、駆除剤、顔料および染料、ならびにワックスエマルジョン中の有用な成分になる。

さらに他の実施形態では、本発明に従って得られるリグニンは、金属イオン封鎖剤（ｓｅｑｕｅｓｔｅｒｉｎｇ）として使用される。リグニンまたはリグニン誘導体は、金属イオンと相互作用し、金属イオンが他の化合物と反応して不溶性になるのを防ぐことが可能である。リグニンまたはリグニン誘導体で捕捉された金属イオンは溶液中に溶解したままで、植物が金属イオンを利用可能になり、水系中の鱗状付着物を防ぐ。リグニンおよびリグニン誘導体は、金属イオン封鎖剤として作用することができるので、リグニンは、例えば、微量栄養素系、洗浄化合物ならびにボイラーおよび冷却装置用の水処理における有用な成分になる。

特定の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、コンクリート中で使用することが可能である。リグニンまたはリグニン誘導体は、例えば、高性能なコンクリート強度、コンクリート研磨に役立つことができ、湿気および酸性雨により引き起こされる損傷を減じ、コンクリート組成物の凝結（ｓｅｔｔｉｎｇ）を遅らせる。具体的には、リグニンスルホン酸は、コンクリート粒子によって高度な吸着特性およびゼータ電位を与え、セメントマトリックスにより良好な分散特性を提供することが可能である。リグニンは、セメントペーストの圧縮強度を改良することも可能である。

別の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、抗酸化剤として使用することが可能である。リグニンは、フリーラジカルスキャベンジャー（ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌ ｓｃａｖｅｎｇｅｒ）として作用し、例えば、スチレンポリマー、ブタジエンポリマー、ゴムポリマー、ゴム、ポリプロピレンおよびポリカプロラクタムに熱的な保護を提供することができる。リグニンは、天然の抗酸化剤の特性があるため、化粧用および局所用製剤において有用になり、リグニンスルホン酸は、装飾（ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ）使用および／または皮膚の手入れのための化粧品などの化粧用組成物中で使用されてきた。

さらに、別の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、アスファルトにおいて使用することが可能である。使用例としては、アスファルトの水安定性を増強するアスファルト用の亀裂充填組成物（ｃｒａｃｋ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、アスファルト用の乳化剤およびアスファルトの製造コストを下げる流動性改質剤が含まれる。

別の特定の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、炭素繊維もしくはグラファイト繊維、炭素繊維強化ポリマーおよび炭素ナノチューブに適用するかつ／またはこれらにおいてもしくはこれらと一緒に使用することができる。

さらに、別の特定の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、結合剤組成物の一部として、繊維板、パーティークルボード（ｐａｒｔｉｃｌｅｂｏａｒｄ）、木質繊維断熱板、黄板紙、配向ストランドボードなどの製造において適用し使用することができる。例えば、リグニンを樹脂に添加して結合剤に適度な湿潤強度を与えることができる。リグニンベースの改質剤において、リグニンまたはリグニンスルホン酸を、ホルムアルデヒドベースの結合剤系、例えば、フェノールホルムアルデヒド、尿素ホルムアルデヒド、メラニンホルムアルデヒド、レゾルシノールホルムアルデヒドおよび／またはタンニンホルムアルデヒド樹脂に添加することができる。次に、こうして得られたボード結合剤は、パネルボード用に、例えば、合板、ハードボード、繊維板またはパーティークルボードにおいて使用することができる。

別の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、発泡体、プラスチックおよび／またはポリマーにおいて適用し使用することができる。例えば、リグニンを含むポリウレタンは、改良された耐炎性および／または難燃性を有することが可能である。エポキシ樹脂は、リグニンおよび／またはリグニン由来無水酢酸などのリグニン誘導体を含む硬化剤を含むことが可能である。リグニン、例えば、Ｓフリーリグニン（ｓ−ｆｒｅｅ ｌｉｇｎｉｎ）は、プリント基板を製作するためのエポキシ樹脂において、または自動車ブレーキなどの製品において使用することが可能である。リグニンをポリマー、例えば、ポリフェニレンオキシドベースのポリマーに添加して、ポリマーの弾性係数、引張強度および破断値（ｂｒｅａｋ ｖａｌｕｅ）の伸び率を増強することができる。リグニンは、吸水防止剤としておよび／または流動化剤として作用し、固体のまたは溶融した形態で混合された場合に射出成形、ブロー成形（ｂｌｏｗ ｍｏｌｄｉｎｇ）、押出し成形または押出しブロー成形などによって加工されて物品を製作するポリマー、例えば、ポリアミドを促進することも可能である。リグニン、例えば、アルカリリグニンポリ（プロピレンカーボネート）を使用すれば、ポリマーの熱安定性および機械特性を改良することも可能である。

さらに、別の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、防塵において適用し使用することができる。例えば、水中のリグニンとグリセリンを、例えば、炭鉱、石炭の搬送、鉄道、道路、資材置き場などの塵埃が問題となる領域に適用することが可能である。リグニン、例えば、特定のリグニンスルホン酸カルシウム粉末は、原子力事故に続く放射能汚染を安定させることが明らかにされてきた。アスファルト、リグニンスルホン酸および水を含むエマルジョンを噴霧することにより道路表面上で塵埃の動きを抑えることも可能である。

別の特定の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、紙の引張強度を増強するためサイズ剤として、および／または包装用ラミネートとして紙において適用し使用することができる。

さらに、別の実施形態では、本発明により得られるリグニンを適用し使用すれば、リグニンの脱重合を通じて化学物質を提供することができる。リグニンの脱重合は、例えば、フェノール、クレゾール、カテコール、レゾルシノール、キノリン、バニリン、グアヤコールなどを提供することが可能である。

さらに、別の実施形態では、本発明により得られるリグニンを電池において適用し使用すれば、エネルギー蓄積装置の性能を増強することができる。例えば、薄層のリグニンを含む電池中の黒鉛粉末を使用すれば、黒鉛粉末の状態に影響を与えないまま、黒鉛粉末がＨ過電圧（Ｈ ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ）を減少させるのを防ぐことが可能である。リグニンを使用すれば、電池の陰極板を、その上での不動態化する硫酸鉛層の形成から保護することも可能である。

さらに、別の特定の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、燃料添加剤として適用し使用することができ、または熱分解、熱クラッキング、水素化分解、接触分解もしくは水素化処理の組合せによって触媒的にガソリン／ディーゼルに変換することが可能である。リグニンは、触媒水熱ガス化においてさらに使用し、燃料ガスを提供することができる。リグニンを木質ペレットに使用すれば、燃料値がさらに高いより良質なペレットを生産する、または人工薪において改良された炎特性を提供することもできる。

別の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、添加剤として適用し使用すれば、潤滑剤の特徴を改良することができる。例えば、リグニンスルホン酸は、潤滑グリース用の増粘剤として使用することが可能である。グリースはリグニン組成物を含めると、グリースの改良された腐蝕防御性を提供することが可能である。さらに、リグニン、例えば、加水分解性リグニンを含むグリースは、同一物を使用する装置により大きな耐摩耗性を提供することが可能である。リグニンスルホン酸などのリグニンを含むグリースは、グリースの減摩特性を改良し、グリースにより長期の潤滑寿命を提供することが可能である。

さらに、別の特定の実施形態では、本発明により得られるリグニンは、ラテックスおよび／またはゴムの生産において適用し使用することができる。例えば、リグニンをラテックスおよび／またはゴムに添加すれば、充填剤、顔料、改質剤、体質顔料または同一物の補強材として機能することが可能である。ラテックスに添加されたリグニンは、ゴムラテックスフィルムの耐油性および／または引張強度を増加させることが可能である。リグニンで増強されたゴムは、リグニンを添加していないゴムと比べた場合、改良された耐オゾン性を示すことが可能である。本発明により得られるリグニンがラテックスおよび／またはゴムに組み込まれる方法は、特に限定されておらず、当業者により認識されるいかなる方法でも実行することができる。

別の実施形態では、単離されたタンパク質は、さらに単離して単一アミノ酸、ペプチドおよび／またはポリペプチドまで加水分解することができる。単離されたタンパク質は、ヒトおよび動物用の栄養補助食品として使用することができる。タンパク質含有量は、ケルダール分析を使用して測定することが可能である。

以下の例は、本発明を説明するために提供されるものであり、それについて限定すると解釈するべきではない。

（実施例１）
［ヒメカモジグサ］
１０ｋｇの乾燥ヒメカモジグサ（麦わら）を茎長３／４〜２インチまで切り刻む。麦わらを冷たい清浄水で手短にすすいで、砂および塵埃を除去する。次に、麦わらを数秒間ディスクミル内で水または水蒸気噴射にかけて、セルロース性構造を機械的に解体する。次に、流動化したヒメカモジグサを、麦わらの成分を変性させずに１８２４〜９１２回のパルスで１．５〜３秒間高剪断力にさらす。合わせた混合物に圧縮力を加えて、ストリームを液体と２０〜６０％のセルロース性固体画分に分離する。ヘミセルロースを含有する液体画分は保持される。

固体画分を、セルロース水スラリーのｐＨを約４〜７から１０〜１２に上げるのに十分なＮａＯＨで前処理する。この塩基性混合物を数秒〜１時間熟成させ、前記のディスクミルを用いた系（ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｋｍｉｌｌ）を通じて再び加工し、数秒間ミル内で水または水蒸気噴射にかけて、セルロース性構造を機械的に解体する。次に、流動化したヒメカモジグサを、麦わらの成分を変性させずに１８２４〜９１２回のパルスで１．５〜３秒間高剪断力にさらす。合わせた混合物は圧縮力を加えられ、ストリームを液体と２０〜６０％のセルロース性固体画分に分離する。ヘミセルロースを含有する液体画分を、第１および第２の画分に添加して、さらに加工する。

固体画分を、セルロース水スラリーのｐＨを約１０〜１２から８〜１０に上げるのに十分な酸化剤の過酸化水素で処理する。この塩基性混合物を数秒〜１時間熟成させ、前記のディスクミルを用いた系を通じて再び加工し、数秒間ミル内で水または水蒸気噴射にかけて、セルロース性構造を機械的に解体する。次に、流動化したヒメカモジグサを、麦わらの成分を変性させずに再び１８２４〜９１２回のパルスで１．５〜３秒間高剪断力にさらす。合わせた混合物をスクリーニングし、圧縮力を加えて、ストリームを液体と２０〜６０％のセルロース性固体画分に分離する。リグニンを含有する液体画分は保持される。次に、固体画分を再び処理を施し、ｐＨを上げ、ヘミセルロースを含有する液体画分を第１および第２の画分に添加して、さらに加工する。次に、固体画分を酸化剤で処理して、分画ユニットの中に再び流す。リグニンを含有する液体画分は第１の液体リグニン画分に添加されて、膜を使用してさらに分離される。

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。

Claims (11)

1. 水溶性の形態のバイオマスの不水溶性成分、ならびに、ヘミセルロース、糖および前記不水溶性成分を実質的に含まないバイオマスを得るための方法であって、
   ａ）前記バイオマスを第１の塩基性溶液で前処理する工程と、
   ｂ）前記前処理されたバイオマスを、前記バイオマスの個々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す工程と、
   ｃ）前記バイオマスに圧縮力を加えて、第１の分画されたバイオマスから第１の液体画分を分離する工程と、
   ｄ）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す工程と、
   ｅ）前記第１の分画されたバイオマスに圧縮力を加えて、第２の分画されたバイオマスから第２の液体画分を分離する工程であって、前記第２の分画されたバイオマスはヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない、工程と、
   ｆ）ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない前記第２の分画されたバイオマスに、７を超えるｐＨで酸化を施す工程と、
   ｇ）前記第２の分画されたバイオマスに圧縮力を加えて、前記バイオマスの前記ヘミセルロース、糖および不水溶性成分を実質的に含まない第２の分画されたバイオマスから、水溶性の形態で前記バイオマスの１つまたは複数の不水溶性成分を分離する工程と
   を含む方法。
2. 工程ｅ）の後、ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない前記第２の分画されたバイオマスを第２の塩基性溶液に接触させる工程と、前記第２の分画されたバイオマスに圧縮力を加えて、ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない前記第２の分画されたバイオマスから、バイオマスの少なくとも１つの第１の水不溶性成分を水溶性の形態で分離する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１および第２の塩基性溶液が水酸化ナトリウムを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記工程が、約６０℃までの周囲環境の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
5. ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない前記第２の分画されたバイオマスに酸化を施す工程ｆ）が、ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない前記第２の分画されたバイオマスを、過酸化水素溶液に接触させることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 水溶性の形態のバイオマスの前記不水溶性成分が、膜に接触させることにより精製される、請求項１に記載の方法。
7. 請求項１に記載の方法により得られた水溶性の形態のバイオマスの不水溶性成分。
8. 水溶性の形態のバイオマスの不水溶性成分ならびにヘミセルロース、糖および前記不水溶性成分を実質的に含まないバイオマスを得るための方法であって、
   ａ）前記バイオマスを第１の塩基性溶液で前処理する工程と、
   ｂ）前記前処理されたバイオマスを、前記バイオマスの個々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す工程と、
   ｃ）前記バイオマスに圧縮力を加えて、第１の分画されたバイオマスから第１の液体画分を分離する工程と、
   ｄ）前記第１の分画されたバイオマスにおいてヘミセルロースの量をモニターして、前記第１の分画されたバイオマスがヘミセルロースおよび糖を実質的に含まないかどうかを判定する工程と、
   ｅ）前記第１の分画されたバイオマスにおいてヘミセルロースおよび糖を欠いていなければ、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す工程と、
   ｆ）前記第１の分画されたバイオマスに圧縮力を加えて、第２の分画されたバイオマスから第２の液体画分を分離する工程であって、前記第２の分画されたバイオマスはヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない、工程と、
   ｇ）ヘミセルロースおよび糖を実質的に含まない前記第２の分画されたバイオマスに、７を超えるｐＨで酸化を施す工程と、
   ｈ）前記第２の分画されたバイオマスに圧縮力を加えて、前記バイオマスのヘミセルロース、糖および不水溶性成分を実質的に含まない第２の分画されたバイオマスから、水溶性の形態で前記バイオマスの１つまたは複数の不水溶性成分を分離する工程と
   を含む方法。
9. 前記有機溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールおよびグリコールからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
10. 前記溶媒が、短鎖アルコール、グリセリンと水、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１に記載の方法。
11. リグニン、タンパク質および抽出物からなる群から選択される水溶性の形態のバイオマスの不水溶性成分であって、リグニン、タンパク質および抽出物からなる群から選択される前記水溶性の形態が、約５〜１２のｐＨ、周囲環境の温度で水溶性である、バイオマスの不水溶性成分。

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