JP2017522440A - リグノセルロース系材料の加水分解方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)リグノセルロース系材料を酸及び/又はアルカリで処理するステップと;
(ii)ステップ(i)のリグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、それからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するステップと
を含み、それによって、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を製造する、少なくとも部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を製造する方法を提供する。
好適には、酸は硫酸である。
好適には、アルカリは水酸化ナトリウムである。
好適な実施形態において、酸は、リグノセルロース系材料の約0.1重量%〜約5重量%の量で存在する。
適切には、ポリオールは、グリセロール、エチレングリコール及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される。
一実施形態において、グリセロールは、粗製グリセロールであるか、又はそれを含んでなる。
適切には、ステップ(ii)は、約120℃〜約200℃の温度で実行される。
適切には、ステップ(i)は、約5分〜約30分の時間で実行される。
適切には、ステップ(ii)は、約15分〜約60分の時間で実行される。
特定の実施形態において、ステップ(i)は、酸及び/又はアルカリによる処理の後、ステップ(ii)の開始前に酸及び/又はアルカリを少なくとも部分的に除去するために、リグノセルロース系材料を洗浄、排液、及び/又は圧縮するステップをさらに含んでなる。
第2の態様において、本発明は、第1の態様の方法によって製造された部分的に加水分解したリグノセルロース系材料を提供する。
好適には、第3及び第4の態様によれば、発酵性糖は、グルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノース、ラムノース、スクロース、フルクトース及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される。
特定の実施形態において、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料は、低濃度の1種以上の酵素と接触させられる。
好適には、第5及び第6の態様によれば、発酵生成物は、エタノール及びブタノールからなる群から選択される。
特定の実施形態において、この装置は、リグノセルロース系材料を浸潤及び/又は予熱するためなど、リグノセルロース系材料を蒸気処理することができる前処理チャンバーをさらに含んでなる。
本明細書を通して、他に明記されない限り、「含んでなる(comprise)」、「含んでなる、からなる(comprises及びcomprising)」は、排他的ではなく包括的に使用され、そのため、明記された整数又は整数の群は、1つ以上の他の明記されていない整数又は整数の群を含む。「から本質的になる」という句は、明記された整数又は整数の群が必要とされるか、又は義務的であるが、明記された整数又は整数の群の活性又は作用を妨害しないか、又はそれに寄与しない他の要素が任意であることを示す
。
(i)リグノセルロース系材料を酸及び/又はアルカリで処理するステップと;
(ii)ステップ(i)のリグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、そ
れからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するステップと
を含み、それによって、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を製造する、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を製造する方法を提供する。
さらなる実施形態において、リグノセルロース系材料は、好適にはユーカリノキ(Eucalyptus globulus)、トウヒ(Spruce spp)、アフリカアブラヤシ(Elaeis guineensis )、又はこれらの組み合わせからの木片、材料及び/又は残渣を含んでなる。
スを含んでなることができる。セルロースは、多糖類のグルカンである。多糖類は、グリコシド結合によって一緒に連結された糖類(例えば、単糖類又は二糖類)の繰り返し単位から構成される重合体化合物である。糖類の繰り返し単位は、同一であり(すなわち均質であり)、ホモ多糖類が得られることが可能であるか、又は異なり(すなわち不均質であり)、ヘテロ多糖類が得られることが可能である。セルロースは加水分解を受けて、セロデキストリン(すなわち、加水分離反応前の多糖体単位と比較して、より短い多糖類単位)及び/又はグルコース(すなわち、単糖類)を形成することができる。ヘミセルロースはヘテロ多糖類であり、限定されないが、キシラン、グルクロノキシラン、アラビノキシラン、グルコマンナン及びキシログルカンを含む多糖類を含むことができる。ヘミセルロースは加水分解を受けて、より短い多糖類単位及び/又は単糖類を形成することができ、これらとしては、限定されないが、キシロース、マンノース、グルコース、ガラクトース、ラムノース、アラビノース又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
当業者は、本明細書で使用される場合、「酸」という用語が、アルカリと反応して塩を形成することができる7未満のpHを有する様々な水溶性化合物を意味することを容易に理解するであろう。酸の例は、一プロトン性又は多プロトン性であることが可能であり、かつ1個、2個、3個又はそれを超える官能基を含んでなることができる。酸の例としては、限定されないが、鉱酸、ルイス酸、酸金属塩、有機酸、固体酸、無機酸又はそれらの組合せが含まれる。特定の酸としては、限定されないが、塩酸、硫酸、リン酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、メタンスルホン酸、トルエンスルホン酸、三フッ化ホウ素ジエチルエーテレート、スカンジウム(III)トリフルオロメタンスルホネート、チタン(IV)イソプロポキシド、塩化スズ(IV)、臭化亜鉛(II)、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、塩化亜鉛(II)、塩化銅(I)、臭化銅(I)、塩化銅(II)、臭化銅(II)、塩化アルミニウム、塩化クロム(II)、塩化クロム(III)、塩化バナジウム(III)、塩化モリブデン(III)、塩化パラジウム(II)、塩化プラチナ(II)、塩化プラチナ(IV)、塩化ルテニウム(III)、塩化ロジウム(III)、ゼオライト、活性化ゼオライト又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
さらにいっそう好適には、酸は硫酸である。
当業者によって容易に理解されるであろう通り、本明細書で使用される場合、「アルカリ」は、酸と反応して塩を形成することができる7より高いpHを有する様々な水溶性化合物を意味する。例として、アルカリには、限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化マグネシウム及びアルカリ金属塩、例えば、限定されないが、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムが含まれる。
さらにいっそう好適には、アルカリは水酸化ナトリウムである。
む。いくつかの実施形態において、リグノセルロース系材料は、最初に、酸及び/又はアルカリを含浸するステップの前に、それが蒸気によって湿潤及び予熱されるように、事前に蒸気で処理される。この点に関して、事前に蒸気で処理するステップによって、典型的に、木片中の毛管などのリグノセルロース系材料中の空洞を生じ、これには少なくとも部分的に液体が満たされる。蒸気処理は、さらに、リグノセルロース系材料中の空気を膨張させて、かつ少なくとも部分的にそれから排出させ得る。事前に蒸気処理されたリグノセルロース系材料のその後の蒸気含浸によって、次いで、リグノセルロース系材料の空洞内の液体が酸及び/又はアルカリによって置き換えられるという結果がもたらされ得る。あるいは、酸及び/又はアルカリの含浸は、最初にリグノセルロース系材料を事前に蒸気処理することなく実行されてもよい。
量%の量で存在する。
ンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,3−ブタンジオール、1,1,1−トリメチルメタン、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,1,1−トリメチロールプロパン、1,7−ヘプタンジオール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,11−ウンデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、オリゴエチレングリコール、2,2’−チオジグリコール、1,2−プロピレンオキシドから調製したジグリコール又はポリグリコール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ソルビトール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、テトラブチレングリコール、ジヘキシレンエーテルグリコール、トリヘキシレンエーテルグリコール、テトラヘキシレンエーテルグリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
さらにいっそう好適には、ポリオールはグリセロールである。
部分的に精製されることができる。部分的精製によって、グリセロール含有量を約90%グリセロールまで、より特に約95%グリセロールまで、及び特定の場合、約97%グリセロールまで増加させることができ、これによって、技術グレードグリセロールに関連する純度まで達する。本発明の特定の実施形態において、粗製グリセロールのグリセロール含有量は、約40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%又はそのうちのいずれかの範囲である。
本発明の特に好適な実施形態において、ポリオールは、薬剤の約80重量%〜約100重量%の量で存在する。
、限定されないが、約20℃〜約90℃又は約25℃〜約80℃の温度で実行される。特定の実施形態において、ステップ(i)は、約21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃及び99℃の温度で実行される。ステップ(i)は好適には、約25℃〜約75℃の温度で行われる。
、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120分又はそのうちのいずれかの範囲の時間で実行される。特に好適な実施形態において、ステップ(ii)は、約30分の時間で実行される。
なおさらなる態様において、本発明は、発酵性糖を製造する方法であって、上記方法によって製造された部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を酵素的に加水分解して、発酵性糖を製造するステップを含む、方法を提供する。
定されないが、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、キシラナーゼ、リグニナーゼ、ペクチナーゼ、プロテアーゼ、アミラーゼ、カタラーゼ、クチナーゼ、グルカナーゼ、グルコアミラーゼ、グルコースイソメラーゼ、リパーゼ、ラッカーゼ、フィターゼ、プルラナーゼ、キシロースイソメラーゼ又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。酵素組成物は、液体、スラリー、固体又はゲルとして調製され得る。
thermophilum)Rt46B.1を含むディクチオグロムス種(Dictyoglomus sp)からであることができる(例えば、ギブス(Gibbs)ら著、1995年、アプライ・アンド・エンバイロメンタル・ミクロバイオロジー(AppL Environ.MicrobioL)、第61巻、p.4403〜4408を参照のこと)。
好適には、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を酵素的に加水分解するステップは、その少なくとも一部において、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を、セルラーゼ、リグニナーゼ、ヘミセルラーゼ、キシラナーゼ、リパーゼ、ペクチナーゼ、アミラーゼ、プロテイナーゼ及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される1種以上の酵素と接触させることによって実行される。
10重量%〜約50重量%、約20重量%〜約50重量%、約30重量%〜約50重量%、約40重量%〜約50重量%又はそれを超える量など、酸及び/又はアルカリ、薬剤及び/又はこの方法からの副産物(例えば、限定されないが、ポリオール、グリセロール残渣及び処理プロセスから製造された製品)を任意選択的に含み得る、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を消化又は加水分解するために有効な量で提供され得る。
、これらのさらなる試薬のいずれも、基質の約0.001重量%〜約50重量%、約0.01重量%〜約50重量%、約0.1重量%〜約50重量%、約1重量%〜約50重量%、約10重量%〜約50重量%、約20重量%〜約50重量%、約30重量%〜約50重量%、約40重量%〜約50重量%又はそれを超える量で提供することができる。
and Utilization)、ワイマン(Wyman)編、CRCプレス(CRC Press)、1996年)ならびに米国特許出願公開第2009/0246841号明細書及び同第2009/0286293号明細書、ならびに米国特許第6,333,181号明細書を参照のこと。このような微生物は、限定されないが、アルコールデヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、トランスアルドラーゼ、トランスケトラーゼピルビン酸デカルボキシラーゼ、キシロースレダクタ−ゼ、キシリトールデヒドロゲナーゼ又はキシロースイソメラーゼキシルロキナーゼを含むリグノセルロース系材料の加工を補助する酵素を生成し得る。本発明のいくつかの実施形態において、エタノール生成及び/又はリグニン可溶化微生物としては、限定されないが、カンジダ属(Candida)、エルウィニア属(Erwinia)、大腸菌属(Escherichia)、クレブシエラ属(Kebsiella)、ピキア属(Pichia)、サッカロミセス属(Saccharomyces)、ストレプトマイセス属(Streptomyces)及びザイモモナス属(Zymomonas)が含まれる。例えば、ジエン(Dien)著、1998年、上記);イングラム及びコンウェイ(Ingram&Conway)著、1988年、アプライド・アンド・エンバイロメンタル・ミクロバイオロジー(Appl.Environ.Microbiol)、第54巻、p.397〜404;ジャーボー(Jarboe)ら著、2007年、アドバンス・イン・バイオケミカル・エンジニアリング/バイオテクノロジー(Adv.Biochem.Engin./Biotechnot)、第108巻、p.237〜261;キーティング(Keating)ら著、2004年、ジャーナル・オブ・インダスタリアル・ミクロバイオロジー・アンド・バイオテクノロジー(J’Indust.Microbiol.Biotech)、第31巻、p.235〜244;キーティング(Keating)ら著、2006年、バイオテクノロジー・アンド・バイオエンジニアリング(Biotechnol Bioeng.)、第93巻、p.1196〜1206;パスティ(Pasti)ら著、1990年、アプライド・アンド・エンバイロメンタル・ミクロバイオロジー(Appl.Environ.Microbiol)、第56巻、p.2213〜2218;及びチャン(Zhang)ら著、1995年、サイエンス(Science)、第267巻、p.24010243を参照のこと。
素源として使用され得るオリゴ糖及び/又は単糖を意味する。発酵性糖の例としては、グルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノース、ラムノースを含む、スクロース、フルクトース又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
好適には上記態様に関して、発酵性糖は、グルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノース、ラムノース、スクロース、フルクトース及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される。
部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料の酵素加水分解の後、生成物(例えば、発酵性糖、エタノール、ブタノールなど)は、液体、スラリー、固体あるいはゲルから分離され得る。加えて、ポリオール、アルカリ及び/又は酸は、さらなるリグノセルロース系材料の部分的加水分解及び/又は追加的処理ステップでの再利用(すなわち、ポリオ
ール及び/又は酸の再利用)のために、分離後に回収されてもよい。
別の態様において、本発明は、リグノセルロース系材料を酸及び/又はアルカリで処理するための処理チャンバーであって、リグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、それからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するための消化チャンバーと連通している、処理チャンバーを含んでなる、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を製造する装置を提供する。
特定の実施形態において、この装置は、リグノセルロース系材料を浸潤及び/又は予熱するためなど、リグノセルロース系材料を蒸気処理することができる前処理チャンバーをさらに含んでなる。
装置の好適な実施形態は図1に示される。図1を参照すると、装置10は、処理されるか、又は消化されるリグノセルロース系材料を受け取るためのインレット11を含んでなる。インレット11から、リグノセルロース系材料は、前処理チャンバー12に入る。前処理チャンバーは、それによってリグノセルロース系材料を事前に湿潤させ、かつ予熱するために低圧力蒸気が適用されるように設計されている。事前に湿潤させ、かつ予熱されたリグノセルロース系材料は、次いで、導管17を介して典型的に重力供給方式によって処理チャンバー14に輸送され、その後、そこで高圧蒸気によって酸及び/又はアルカリで含浸させる。代わりに、リグノセルロース系材料は、回転弁13によって装置10に入ってもよく、それによって前処理チャンバー12の前蒸気処理/前湿潤プロセスが回避される。
(実施例)
実施例1
実施例1の目的は、以前に記載されたグリセロール及び硫酸の組合せでリグノセルロース系材料を前処理する方法(例えば、チャン(Zhang)ら、バイオリソーステクノロジー(Bioresource Technology)、2013年)を評価することであった。
材料及び方法
連続水平消化器(アンドリッツ(Andritz)418気密式水平消化器/コンベヤ)においてサトウキビバガスを前処理した。異なるグリセロール:「そのままのバガス(as is bagasse)」の比率ならびに消化器温度及び圧力を評価した。グリセロール及び硫酸の組合せを含む溶液による消化の後、バガスは、前処理されたバガスの固体及び液体相(加水分解物)の分離のためにスクリュープレス(アンドリッツ(Andritz)モデル560プレサファイナー(Pressafiner))を通して脱水された。
蒸気試験の実行時、以前に記載された前処理方法における多くの問題が明らかになった。特に、上記チャン(Zhang)らにおいて記載された130℃の消化器温度は、適切な繊維破壊を供給しなかった。160℃のより高い消化器温度は、この点に関して繊維反応性の改善を提供した。さらに、相対的に低い製造速度が、主としてその低い密度に起因するバガスによって達成された。そのようなものとして、バガスの材料取り扱いは、商業的製造の規模まで拡大するために重要な障害を表す。
この試験の目的は、以前に記載されたリグノセルロース系材料のためのそれらの前処理方法を改善する試みにおいて、3種の異なる基質、バガス、ベイモミ木片及びユーカリノキ(Eucalyptus globulus)木片に適用された異なるグリセロール及び硫酸処理を評価することであった。
材料及び方法
バガスを含む試験品について、バガスは、プラグスクリュー供給機を使用して、直接、
418水平気密式消化器に供給され、その中にグリセロール及び硫酸の両方がインレットにおいて消化器に添加された。このプロセスは、実施例1に記載されたものと同様であった。この試験では、蒸気含浸はバガス上では実行しなかった。しかしながら、後の試験結果では、バガスの三での消化前の有効な含浸を示した。
llulosic Biomass Laboratory Analytical Procedure)、M.セリグ(M.Selig)、N.ウェイス(N.Weiss)及びY.ジ(Y.Ji)著、NREL/TP−510−42629、2008年3月に記載されるものと同様の実験条件が適用された。この手順によって、最大の酵素装填に基づく所定の前処理の有効性を測定し、理論的収量の百分比として報告される。使用されたセルラーゼ酵素カクテルは、表13で報告された初期試料に適用された2%セルロース重量装填において20FPU/gセルロースのセリック(Cellic)(登録商標)CTec3(セリック(Cellic)(登録商標)CTec3は、ノボザイムス(Novozymes)の登録商標である)である。
結果
3種のリグノセルロース系基質における上記の試験から、消化又は反応の程度は主として添加された硫酸の割合によって影響を受けた。したがって、リグノセルロース系基質に対するグリセロールの量は、視覚評価に従って、消化された材料におけるいずれの明白な影響もなく有意に減少させることができた。したがって、前処理反応は、消化器内に液体がわずかにあるか、又は全くないように、極めて低い液体対固体比において問題なく行なわれた。例えば、ユーカリ木片は、木片上酸0.7%及び0.3kg/kgグリセロール/木片において極めて良好に反応し、これは、0.24:1のみの消化のための液体対固体比を表す。
酵素加水分解に対する増加したバイオマス固体の影響に関しては、2%から10%への固体充填は、消化率と、グルカンからグルコースへの転換率(表15)とに悪影響は及ぼ
さなかった。このことは、結果的に生じるバイオマス及びそれらの発酵性糖への転換の工業的要素の面で重要な特徴である。
本試験の目的は、以前に記載されたリグノセルロース系材料の前処理方法を改善しようとする試みにおける、グリセロールによるユーカリ木片の酸含浸及び消化前のアルカリ脱アセチルを評価することであった。
材料及び方法
酸含浸前に脱アセチルを含む試験は、実施例2と類似の方法で行われたが、図3及び図4による脱アセチル前消化のステップを有した。脱アセチルは、蒸気噴射を有する再循環バッチ反応器で行なわれた。脱アセチルは、水酸化物と、リグノセルロース系材料のヘミセルロース成分に共有結合したアセテート基との化学量論的反応である。したがって、必要とされる水酸化物イオンの量は、次の方法の滴定によって決定された。ユーカリ木片を、2.83mm(No.7)スクリーンを通過するように粉砕した。約250mlの水及び数滴のフェノールフタレインを含むビーカーに、20gの粉砕された木材(約50%は湿分)を入れた。この混合物を攪拌して、約90℃まで加熱し、及び完全な脱アセチル化を確認するために90分かけて終点まで0.5%の水酸化ナトリウムで滴定した。再循環バッチ反応器への水酸化ナトリウムの最大量を、この滴定から計算した。これによって次々に水酸化物の完了反応が確認され、及びステップ(i)酸含浸ステップにおける適切な反応条件を達成するために必要とされる酸の量が最小化された。
結果
図5から分かるように、視覚的にA1(水対照)及びA2(グリセロールによる)の両方が良好に反応した。I2含浸後の木片からのろ液は約1.4pHであった。A2(グリセロールによる)試料は、視覚的により暗色であり、対照A1試料より多く消化しているように見えた。
実施例4
本試験の目的は、本明細書に記載される処理方法から製造された部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料からのヘキソースが豊富な糖シロップを調製することであり、そのために、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料から糖への酵素触媒糖化又は加水分解を実証することであった。本試験のさらなる目的は、ヘキソースが豊富な糖シロップに、4種の異なる微生物による発酵を受けさせることであり、そのために、ヘキソースが豊富な糖シロップが、微生物生育のために適切な炭素源であること(すなわち、本明細書に記載される方法以外の方法によってリグノセルロース系材料から調製された糖シロップにおいて見出され得る、成長に対する阻害剤を含んでいないこと)を実証することであった。
材料及び方法
418水平気密式消化器に供給する前に、ポプラ木片を直接蒸気噴射によって最初に蒸気処理し、及び次いで、圧縮されて、脱構造化され、アンドリッツ(Andritz)560 GSインプレサファイナー(Impressafiner)において硫酸で含浸させた。次いでグリセロールを、消化器へのインレットにおいて、含浸された材料に添加した。最初の木片脱構造化及び含浸は、前処理プロセスの間により良好にそれらの繊維構造を浸透させようとする試みにおいて、木材基質上で行なわれた。418水平気密式温浸器での消化後、160℃で30分間、消化されたリグノセルロース系材料をドラムに回収した。
結果
それぞれの発酵体に関して表17〜表19及び図6に示されるグルコース濃度減少及び対応する細胞密度増加は、本明細書に記載される方法によって製造されたグルコース溶液が炭素源として利用可能であることを実証する。
酵素加水分解に対するバイオマス固体装填増加及び酵素量減少の影響を観察するために、上記実施例4と同様の方法で調製されたグリセル(Glycell、登録商標)前処理ポプラ木片を評価した。
材料及び方法
2つの試料が比較された。
・実施例4によるグリセル(Glycell)処理プロセス(すなわち、連続的な酸及びグリセロール処理) − バイオマスdb上1.15%酸、55%グリセロール
・希釈酸のみ − バイオマスdb上1.07%酸、グリセロールなしの酵素加水分解条件
・12mg/セルロース1gにおいて15%固体、pH5.5、CTEC3(装填によって40%より少ない酵素)
結果
グリセル(Glycell)前処理バイオマスの最初のセルロース糖化速度は、希釈酸前処理の速度の3.0倍であった。グリセル(Glycell)前処理バイオマスからの単糖の最終収率は、希釈酸前処理の収率の166.6%であった。したがって、本明細書に記載される方法によって部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料の高い固体濃縮物は、有意により低い濃度の酵素によって問題なく酵素的に加水分解され得る。
Claims (36)
- (i)リグノセルロース系材料を、酸及びアルカリのうちの少なくとも一方で処理するステップと;
(ii)ステップ(i)の前記リグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、それからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するステップと
を含み、それによって、部分的に加水分解したリグノセルロース系材料を製造する、部分的に加水分解したリグノセルロース系材料を製造する方法。 - ステップ(i)において、前記リグノセルロース系材料が、(a)酸のみによって、(b)アルカリのみによって、(c)酸、及び次いでアルカリによって連続的に、又は(d)アルカリ、及び次いで酸によって連続的に処理される、請求項1に記載の方法。
- 前記酸が、硫酸、塩酸、リン酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、硝酸、酸金属塩及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記酸が硫酸である、請求項3に記載の方法。
- 前記アルカリが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、アルカリ金属塩及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記アルカリが水酸化ナトリウムである、請求項5に記載の方法。
- ステップ(i)が、前記リグノセルロース系材料の中、及び前記リグノセルロース系材料の上のうちの少なくとも一方に、前記酸及びアルカリのうちの少なくとも一方を含浸するステップを含んでなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- (i)前記リグノセルロース系材料の約0.1重量%〜約5重量%の量の前記酸、及び(ii)前記リグノセルロース系材料の約0.1重量%〜約15重量%の量の前記アルカリのうちの少なくとも一方が存在する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリオールが、グリセロール、エチレングリコール及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリオールがグリセロールである、請求項9に記載の方法。
- ステップ(i)が約20℃〜約99℃、又は好適には約25℃〜75℃の温度で実行される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約120℃〜約200℃の温度で実行される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約160℃の温度で実行される、請求項12に記載の方法。
- ステップ(i)が約5分〜約30分の時間で実行される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約15分〜約60分の時間で実行される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約30分の時間で実行される、請求項15に記載の方法。
- ステップ(i)が、前記酸及びアルカリのうちの少なくとも一方による処理の後、ステップ(ii)の開始前に前記酸及びアルカリのうちの少なくとも一方を少なくとも部分的に除去するために、前記リグノセルロース系材料に洗浄、排液、及び圧縮のうちの少なくとも1つを行うステップをさらに含んでなる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリオールが、前記リグノセルロース系材料の約10重量%〜約200重量%の量で存在する、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 発酵性糖の製造方法において、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法によって製造された部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を酵素的に加水分解して、発酵性糖を製造するステップを備える、発酵性糖の製造方法。
- 前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を酵素的に加水分解するステップが、その少なくとも一部において、前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を、セルラーゼ、リグニナーゼ、ヘミセルラーゼ、キシラナーゼ、リパーゼ、ペクチナーゼ、アミラーゼ、プロテイナーゼ及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される1種以上の酵素と接触させることによって実行される、請求項19に記載の発酵性糖の製造方法。
- 前記発酵性糖が、グルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノース、ラムノース、スクロース、フルクトース及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項19又は20に記載の発酵性糖の製造方法。
- 前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を酵素的に加水分解する前記ステップが、約2%〜約30%の固体対液体比において実行される、請求項19〜21のいずれか一項に記載の発酵性糖の製造方法。
- 前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料が、低濃度の前記1種以上の酵素と接触させられる、請求項20〜22のいずれか一項に記載の発酵性糖の製造方法。
- 発酵生成物の製造方法において、請求項19〜23のいずれか一項に記載の発酵性糖の製造方法によって製造された発酵性糖を処理して、それにより前記発酵生成物を製造するステップを含む、発酵生成物の製造方法。
- 前記発酵生成物が、エタノール及びブタノールからなる群から選択される、請求項24に記載の発酵生成物の製造方法。
- 前記発酵生成物が、1種以上の微生物脂質であるか、又はそれを含んでなる、請求項24に記載の発酵生成物の製造方法。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法によって製造された部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料。
- 請求項19〜23のいずれか一項に記載の方法によって製造された発酵性糖。
- 請求項24〜26のいずれか一項に記載の方法によって製造された発酵生成物。
- リグノセルロース系材料を酸及びアルカリのうちの少なくとも一方で処理するための処理チャンバーにおいて、前記リグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、それからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するための消化チャンバーと連通している、処理チャンバーを含んでなる、部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を製造する装置。
- 前記処理チャンバーが、前記リグノセルロース系材料に前記酸及び前記アルカリのうちの少なくとも一方に含浸させることができる、請求項30に記載の装置。
- 前記リグノセルロース系材料を浸潤及び予熱のうちの少なくとも一方をするためなど、前記リグノセルロース系材料を蒸気処理することができる前処理チャンバーをさらに含んでなる、請求項30又は31に記載の装置。
- 液体フラクションから、前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料をその少なくとも一部において分離するための分離器をさらに含んでなる、請求項30〜32のいずれか一項に記載の装置。
- 前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料を、それからの前記酸、アルカリ及びポリオールのうちの少なくとも1つの少なくとも部分的な除去を促進するように洗浄することができる洗浄デバイスをさらに含んでなる、請求項30〜33のいずれか一項に記載の装置。
- 前記洗浄デバイスが、前記部分的に加水分解されたリグノセルロース系材料の連続向流洗浄を促進するために適合されたベルト真空フィルター又は歩行重力洗浄テーブルである、請求項34に記載の装置。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法において使用するための、請求項30〜35のいずれか一項に記載の装置。
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