JP2018007681A

JP2018007681A - バイオマス処理

Info

Publication number: JP2018007681A
Application number: JP2017144180A
Authority: JP
Inventors: メドフ，マーシャル; Medoff Marshall; メドフ，ハリソン; Medoff Harrison
Original assignee: Xyleco Inc
Current assignee: Xyleco Inc
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2018-01-18
Also published as: EA029133B1; NZ733115A; US20160060661A1; EA201790127A3; JP2013529088A; EA201290848A1; ZA201209288B; CA2796789A1; EP2576213A1; MX2012013351A; MY169292A; KR101778821B1; US20160244795A1; AU2015261591A1; AU2011258646B2; US9206453B2; CN102844181B; CN105567743A; WO2011149774A1; NZ711504A

Abstract

【課題】バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、および都市廃棄物バイオマス）が処理され、有用な中間体および製品、例えば、エネルギー、燃料、食品または材料が作られる過程において、汚染されていない水の必要性を減らすシステムの提供。
【解決手段】リグノセルロース系材料を、ＮａＣｌ濃度が３０〜５０ｐｐｔである食塩水に組み合わせ前記食塩水中で、セロビアーゼを含む酵素（ただし、ペスタロティオプシスｓｐ．ＡＮ−７から得られたセルラーゼ製剤を除く）を作る微生物を用いて、前記供給原料をグルコースに糖化するシステム（ただし、セルロースに糖化酵素を添加し一次加水分解した後、該一次加水分解物を一次糖液と固形物に固液分離し、前記固形物に加水し、二次加水分解する工程を除く）。
【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、２０１０年５月２４日出願の米国特許仮出願第６１／３４７，６９２号の優先
権を主張する。この仮出願の全開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。

セルロース系およびリグノセルロース系材料は、多くの適用分野で大量に生産され、処
理され、また使用されている。このような材料は、一度使われた後、廃棄物として廃棄さ
れるか、または単に、廃棄物質、例えば、下水、バガス、おがくず、および、まぐさ、と
見なされることが多い。

種々のセルロース系およびリグノセルロース系材料、その使用および適用については、
米国特許第７，０７４，９１８号、第６，４４８，３０７号、第６，２５８，８７６号、
第６，２０７，７２９号、第５，９７３，０３５号および第５，９５２，１０５号；なら
びに、２００６年３月２３日出願の「繊維材料および複合材料（ＦＩＢＲＯＵＳＭＡＴ
ＥＲＩＡＬＳＡＮＤＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ）」、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０
１０６４８号、および「繊維材料および複合材料（ＦＩＢＲＯＵＳＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
ＡＮＤＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ）」、米国特許出願公開第２００７／００４５４５６号
、等の種々の特許出願に記載されている。

一般的には、本発明は、炭水化物含有材料（例えば、バイオマス材料またはバイオマス
由来材料）、このような材料を処理してその構造を変える方法、ならびに構造的に変換さ
れた材料から作られた中間体および製品、に関する。この方法の中の多くは、種々の微生
物に利用されて有用な中間体および製品、例えば、エネルギー、エタノール等の燃料、食
物または材料を生成することが可能である。

本明細書記載の方法は、他の混入物、不純物または汚染物質を単独または淡水と組み合
わせて含む海水、および／または水を利用し、それにより、新鮮な、汚染されていない水
の供給の必要性を減らすか、または除く。

一態様では、本発明は、食塩水および／または汚染されている水ソースを利用してセル
ロース系またはリグノセルロース系供給原料を中間体または製品に転換するステップを含
む方法を特徴とする。

一部の実施態様では、１つまたは複数の以下の特徴が含まれる。供給原料を、その扱い
にくさを減らすように処理することができる。例えば、一部の例では、供給原料は、機械
的処理、照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合
わせからなる群より選択される方法により物理的に処理された。一部の例では、供給原料
は、切断、粉砕、摩砕、加圧、剪断およびチョッピング、からなる群より選択される方法
により機械的に処理された。

供給原料の中間体または製品への転換は、供給原料を微生物と水溶液中で接触させるス
テップを含んでもよい。微生物は、食塩水または汚染水中で機能するように構成可能であ
る。例えば、微生物は、海洋微生物であっても、操作された微生物であってもよい。

本方法は、水ソースを処理し、その塩分または汚染を低減して、処理した水溶液を利用
するステップをさらに含んでもよい。この水ソースは、例えば、海水または半塩水を含ん
でもよい。さらに、または代わりとして、水ソースは、廃水、生活排水、収集雨水、微生
物汚染淡水、またはこれらのいずれかの混合物またはこれらのいずれかと淡水との混合物
を含んでもよい。

バイオマス供給原料は、例えば、紙、紙製品、木材、木材関連材料、草、もみ殻、バガ
ス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、マニラ、麦わら、トウモロコシの穂軸、
ココナツ繊維、藻類、海藻、微生物資材、合成セルロース、およびこれらの混合物からな
る群より選択してもよい。

本明細書で使われる表現の、バイオマス供給原料の「構造変換」は、供給原料の分子構
造を多少なりとも変化させることを意味し、供給原料の化学結合配置、結晶構造、または
高次構造の変更を含む。この変化は、例えば、結晶構造の完全性の変化、例えば、構造内
の微小破砕（材料の結晶化度の回折測定値には反映されない可能性がある）であってもよ
い。材料中のこのような構造的完全性の変化は、レベルの異なる構造変換処理における生
成物の収率を測定することにより間接的に測定可能である。加えて、または代わりに、分
子構造中の変化には、材料の超分子構造の変化、材料の酸化、平均分子量の変化、平均結
晶化度の変化、表面積の変化、重合度の変化、気孔率の変化、枝分れ度の変化、他の材料
へのグラフト化、結晶ドメインサイズの変化、または全体ドメインサイズの変化、を含ん
でもよい。

別段の定めがなければ、本明細書で使われる全ての技術的および科学的用語は、本発明
が関連する当業者により通常理解されているものと同じ意味を有する。本明細書記載のも
のと類似または等価な方法と材料が本発明の実施または試験に使用可能であるが、適切な
方法と材料は以下に記載されている。本明細書に挙げられた全ての出版物、特許出願、特
許、および他の参照は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。矛盾が生じた
場合は、定義を含め本明細書が優先する。さらに、材料、方法、および実施例は説明のた
めのみのものであり、制限をする意図はない。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および請求項から明らかとなろう。

は、バイオマスの製品と副産物への転換を図示するブロックダイアグラムである。は、バイオマスの処理および処理したバイオマスの発酵プロセスでの使用を図示するブロックダイアグラムである。

本発明の詳細な説明
本明細書記載の方法を使って、バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、
および都市廃棄物バイオマス）を処理し、本明細書記載のような有用な中間体および製品
を製造できる。供給原料として、入手が容易であるが、発酵等のプロセスにより処理する
ことが困難と思われるセルロース系および／またはリグノセルロース系材料を使用できる
システムとプロセスが本明細書に記載されている。本明細書記載のプロセスの内、多くの
ものは、供給原料の扱いにくさの程度を効果的に低下させ、例えば、バイオプロセッシン
グ（例えば、ホモアセトゲンまたはヘテロアセトゲン、および／または本明細書記載のい
ずれかの酵素、等の本明細書記載のいずれかの微生物を使って）、熱処理（例えば、ガス
化もしくは熱分解）または化学的方法（例えば、酸加水分解もしくは酸化）によるプロセ
スを、より容易なものにすることができる。バイオマス供給原料は、本明細書記載の方法
、例えば、機械的処理、化学処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆砕の内
のいずれか１つまたは複数を使って処理またはプロセッシング可能である。これらの技術
、または本明細書および他の場所に記載の他の技術の２つ、３つ、またはさらに４つ以上
組み合わせて種々の処理システムおよび方法を使用可能である。

本明細書記載の方法は、食塩および／または他の混入物を含有する水を使って、セルロ
ース系および／またはリグノセルロース系材料から有用な中間体および製品を製造可能と
する。例えば、本明細書記載の方法は、食塩水、例えば、０．５〜５０ｐｐｔ（１／１０
００）の食塩（ＮａＣｌ）を含有する水を利用できる。食塩水には、海水（通常、３０〜
５０ｐｐｔ食塩を含む）、および半塩水（通常、０．５〜３０ｐｐｔの食塩を含む）が含
まれる。

本明細書記載の方法は、他の物質、例えば、化学薬品、重金属、または微生物の混入に
より汚染されている、または汚染される可能性がある淡水または食塩水も使用可能である
。例えば、この方法は、廃水、生活排水、または混入もしくは汚染された地下水もしくは
地表水、収集雨水、またはこれらのソース相互間のまたは淡水、非汚染水または処理水と
のいずれかの組み合わせを利用できる。これらのタイプの水のいずれも、処理、部分的処
理、または未処理形態で使用可能である。これらのタイプの水のいずれも、例えば、淡水
または処理水に対するいずれの所望混合比率でも、例えば、約１：１、１：２〜２：１、
１：５〜５：１、ｌ：１０〜１０：１、１：２０〜２０：１、１：５０〜５０：１、また
は１：１００〜１００：１の比率で淡水または処理水と混合可能である。

バイオマス処理システム
図１は、バイオマス、特に、多くのセルロースおよびリグノセルロース成分を含むバイオ
マスを有用な中間体および製品に転換するためのプロセス１０を示す。プロセス１０は、
例えば、供給原料１１０の大きさを低減するための供給原料（１２）の最初の機械的処理
を含む。機械的に処理された供給原料は、次に、物理的処理（１４）に供せられ、例えば
、材料の結晶構造中の結合の脆弱化または微小破砕により、その構造を変換する。次に、
構造的に変換された材料は、場合によっては、さらなる機械的処理（１６）に供される。
この機械的処理は、最初の機械的処理と同じでも、異なってもよい。例えば、最初の処理
は、大きさの減少（例えば、切断）ステップで、その後剪断ステップが続いてもよく、他
方、さらなる処理が摩砕または粉砕ステップであってもよい。

その後、次の処理の前にさらなる構造変化（例えば、扱いにくさを減らす）が所望の場
合、材料を、さらなる構造変換処理および機械的処理に供することができる。

次に、処理された材料を、一次処理ステップ１８、例えば、糖化および／または発酵ス
テップで処理し、中間体および製品（例えば、エネルギー、燃料、食品および材料）を製
造できる。一部の例では、一次処理ステップの製品は直接使用されるが、他の例では後処
理ステップ（２０）で提供されるその後の処理が必要である。例えば、アルコールの場合
には、後処理には、蒸留を含めても、またある場合には、変性を含めてもよい。

本明細書記載のプロセスでは、水はいくつかの使い方がなされることに留意されたい。
第１に、水は、例えば、糖化や発酵の間に溶媒として使用される。多くの場合、例えば、
蒸留または他の後処理の間に取り出された水を集めることにより、この方式で使われた水
のほとんどはリサイクル可能である。第２に、水は、製造設備、例えば、クーリングタワ
ーおよびボイラーシステムにより使用される。使用設備が、使用する水のタイプに耐えら
れるように、例えば、食塩水が使われる場合には耐食性があるように設計されている場合
には、製造設備で使用される水は、汚染されていても、および／または食塩水であっても
よい。

一部の例では、本明細書記載の方法で、プロセス溶媒として、および／またはクーリン
グまたはボイラー水として使用される水は、水中の混入物の一部または全部を取り除く処
理がされる。

例えば、食塩水の場合には、水は、一部または完全に脱塩されて、食塩含量を減らすか
、または除去でき、および／または、他の混入物、例えば、オイル、他の汚染物質、およ
び／または、微生物汚染を除去できる。

脱塩は、いずれの所望の方法を使っても行うことができる。例えば、脱塩は、膜ベース
技術、例えば、電気透析もしくは逆浸透、または熱技術、例えば、蒸留、例えば多段フラ
ッシュ蒸留、多重効用蒸留、もしくは蒸気圧縮蒸留を使って行うことができる。

脱塩を行う場合、ブライン、および／または食塩は、プロセス副産物として回収できる
。

本明細書記載のいずれの水ソースも、例えば、照射（例えば、ＵＶ、電子ビーム）、熱
、酸化剤（漂白剤、オゾン）、瞬間殺菌法、または他の滅菌技術を使って滅菌できる。

所望なら、水、または水を使って作った中間体または製品は、抗生物質で処理可能であ
る。

本明細書記載のいずれの水ソースも、また、本明細書記載のプロセスの前またはその間
に、バイオレメディエーションを使って処理可能である。

一部の場合では、混入物は、副産物として回収できる。例えば、金属、オイル、または
他の化学薬品もしくは化合物は、水から分離し回収できる。

これらの水処理方法または他の水処理方法のいずれも、水の中の混入物を一部または完
全に除去または不活性化するために使用可能である。例えば、汚染レベルを、１０，００
０ｐｐｍ未満、５，０００ｐｐｍ未満、１，０００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、また
は１００ｐｐｍ未満に低減可能である。

一部の場合では、例えば、非処理水中で機能するように構成された微生物を使って、水
をソースから受け入れたままの未処理の形態で使用する。

図２は、バイオマス処理用の上述のステップを利用し、次に、処理されたバイオマスを
発酵プロセスで使用して、アルコールを製造するシステム１００を示す。システム１００
には、バイオマス供給原料が最初に機械的に処理されるモジュール１０２（上述のステッ
プ１２）、機械的に処理された供給原料が、例えば、照射によって構造的に変換されるモ
ジュール１０４（上述のステップ１４）、および構造的に変換された供給原料が追加の機
械的処理に供されるモジュール１０６（上述のステップ１６）、が含まれる。前に考察し
たように、モジュール１０６は、モジュール１０２と同じタイプであっても、異なるタイ
プであってもよい。一部の実施態様では、構造的に変換された供給原料は、別のモジュー
ル１０６で追加の機械的処理を受けるよりも、追加の機械的処理のためにモジュール１０
２に戻してもよい。

これらの処理は、目的の供給原料特性を得るために必要な回数を繰り返してもよいが、
その後、処理された供給原料は、発酵システム１０８に送られる。発酵の間に混合操作を
してもよいが、その場合、混合は、剪断に影響される成分、例えば、酵素や他の微生物に
対する損傷を最小限にするために、比較的穏やか（低剪断力）であることが好ましい。一
部の実施形態では、米国特許仮出願第６１／２１８，８３２号および同第６１／１７９，
９９５号に記載のように、噴流混合が使われる。これらの特許の全開示は、参照により本
明細書に組み込まれる。

再度図２を参照して、発酵により、粗製エタノール混合物が作られ、これは貯蔵タンク
１１０に流れ込む。水または他の溶媒、および他の非エタノール成分は、ストリップ塔１
１２を使って粗製エタノール混合物から取り除かれ、エタノールは、次に、蒸留ユニット
１１４、例えば、精留塔を使って蒸留される。蒸留は、真空蒸留であってもよい。最後に
、エタノールを分子ふるい１１６を使って乾燥し、および／または、必要に応じ変性し、
所望の出荷方法にあわせて生産する。

一部の例では、本明細書記載のシステム、またはその構成要素は、ある場所から別の場
所に輸送できるように（例えば、鉄道、トラック、または船舶により）移動可能型であっ
てもよい。本明細書記載の方法のステップは、１つまたは複数の場所で行うことができ、
ある例では、１つまたは複数のステップを運送中に行うことができる。このような移動中
の処理は、米国特許出願第１２／３７４，５４９号および国際公開第２００８／０１１５
９８号に記載されている。これらの特許の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる
。

本明細書記載の全ての、またはいずれかの方法のステップは、室温で行うことができる
。所望なら、特定のステップの間に、冷却、および／または加熱を採用してもよい。例え
ば、供給原料を機械的処理の間に冷却し、脆性を高めることができる。一部の実施形態で
は、最初の機械的処理、および／またはそれに続く機械的処理の前、間またはその後に、
冷却を用いる。冷却は、米国特許出願第１２／５０２，６２９号に記載のように行うこと
ができる。この特許の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、発酵シス
テム１０８の温度は、糖化および／または発酵を促進するように制御可能である。

上述の方法のそれぞれのステップ、ならびに使用した材料は、以降でさらに詳細に説明
する。

物理的処理
物理的処理プロセスには、１つまたは複数のいずれかの本明細書記載のプロセス、例えば
、機械的処理、化学処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆砕を含むことが
できる。処理方法は、２つ、３つ、４つの組み合わせ、またはさらに全てのこれらの技術
を含む組み合わせ（順番を問わず）で使用可能である。２つ以上の処理方法が使われる場
合は、方法を同時にまたは別々の時間に適用可能である。バイオマス供給原料の分子構造
を変換する他のプロセスは、また、単独でも、または本明細書に開示のプロセスと組み合
わせても使用可能である。

機械的処理
一部の例では、処理方法に、バイオマス供給原料の機械的処理を含めることができる。機
械的処理には、例えば、切断、粉砕、加圧、摩砕、剪断およびが含まれる。粉砕には、例
えば、ボールミル、ハンマーミル、ローター／ステーター乾式もしくは湿式粉砕、または
他の型の粉砕を含むことができる。他の機械的処理には、例えば、石臼摩砕、粗砕、機械
的なリッピングまたは引き裂き、ピン摩砕または空気アトリッションミル、が含まれる。

機械的処理は、セルロース系またはリグノセルロース系材料の「開放」、「応力付加」
、破壊および破砕にとって好都合であり、材料中のセルロースを分子鎖切断、および／ま
たは結晶化度の減少をより受けやすくすることができる。開かれた材料は、また、照射時
に酸化の影響を受けすくなりうる。

一部の例では、機械的処理は、例えば、切断、摩砕、剪断、粉砕またはチョッピングに
よる材料の大きさの低減等の受け入れたままの供給原料に対する最初の調製を含んでもよ
い。例えば、一部の例では、ルーズな供給原料（例えば、リサイクル紙、でんぷん質、ま
たはスイッチグラス）が剪断または裁断により調製される。

代わりに、またはさらに、供給材料は、１つまたは複数の他の物理的処理方法、例えば
、化学処理、照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆砕により物理的に処理し、そ
の後、機械的に処理してもよい。１つまたは複数の他の処理、例えば、照射または熱分解
により処理された材料は、より脆性になりがちで、そのために、機械的処理による材料の
分子構造のさらなる変換が容易になりうるという理由で、この順序は好都合となる可能性
がある。

一部の実施形態では、供給材料は、繊維材料の形であり、機械的処理は、線維状材料か
ら繊維を露出させるための剪断を含む。剪断は、例えば、ロータリ−ナイフカッターを使
って行うことができる。他の供給原料の機械的処理方法には、例えば、粉砕または摩砕が
含まれる。粉砕は、例えば、ハンマーミル、ボールミル、コロイドミル、コニカルミルま
たはコーンミル、ディスクミル、エッジミル、Ｗｉｌｅｙミルまたは製粉機、を使って行
うことができる。摩砕は、例えば、石材グラインダー、ピングラインダー、コーヒーグラ
インダー、またはバーグラインダー、を使っておこなうことができる。摩砕は、例えば、
ピンミルの場合のように、往復するピンまたは他の要素により提供してもよい。他の機械
的処理方法には、機械的なリッピングまたは引き裂き、材料に応力を加える他の方法、お
よび空気アトリッションミルが含まれる。適切な機械的処理には、供給原料の分子構造を
変換するいずれかの他の技術がさらに含まれる。

所望なら、機械的処理された材料は、例えば、１．５９ｍｍ（１／１６インチ、０．０
６２５インチ）以下の平均開口径を有する篩を通過させてもよい。一部の実施形態では、
剪断、また他の機械的処理、および選別を同時に行う。例えば、ロータリーナイフカッタ
ーを使って、供給原料の剪断と選別を同時に行うことができる。供給原料は、固定翼と回
転翼の間で剪断され、篩を通過し、容器中で捕捉される剪断材料を提供する。

セルロース系またはリグノセルロース系材料は、乾式状態（例えば、表面にほとんど、
または全く遊離水が無い）で、水和状態（例えば、１０重量パーセントまでの吸着水を有
する）で、または湿式状態（例えば、約１０重量パーセントと約７５重量パーセントの水
を有する）で、機械的に処理できる。繊維ソースの場合でも、部分的または完全に液体、
例えば、水、エタノールまたイソプロパノール中に浸漬して、機械的に処理することがで
きる。

セルロース系またはリグノセルロース系材料は、また、ガス（例えば、空気以外のガス
流またはガス雰囲気）、例えば、酸素もしくは窒素、または蒸気中で機械的に処理するこ
ともできる。

所望なら、リグニンを含むいずれの線維状材料からもリグニンを取り除くことができる
。また、セルロースを含む材料の破壊を支援するために、機械的処理または照射する前、
またはその間に、熱、化学薬品（例えば、鉱酸、塩基または強力酸化剤、例えば、次亜塩
素酸ナトリウム）および／または酵素で材料を処理できる。例えば、酸の存在下で、摩砕
を行うことができる。

機械的処理システムは、特異的形態学特性、例えば、表面積、気孔率、嵩密度、および
、線維状供給原料の場合は、繊維特性、例えば、長さ−対−幅比率を伴うストリームを作
るように構成することができる。

一部の実施形態では、機械的に処理された材料のＢＥＴ表面積は、０．１ｍ^２／ｇ超、
例えば、０．２５ｍ^２／ｇ超、０．５ｍ^２／ｇ超、１．０ｍ^２／ｇ超、１．５ｍ^２／ｇ超
、１．７５ｍ^２／ｇ超、５．０ｍ^２／ｇ超、１０ｍ^２／ｇ超、２５ｍ^２／ｇ超、３５ｍ^２
／ｇ超、５０ｍ^２／ｇ超、６０ｍ^２／ｇ超、７５ｍ^２／ｇ超、１００ｍ^２／ｇ超、１５０
ｍ^２／ｇ超、２００ｍ^２／ｇ超、またはさらに２５０ｍ^２／ｇ超である。

機械的に処理された材料の気孔率は、例えば、２０パーセント超、２５パーセント超、
３５パーセント超、５０パーセント超、６０パーセント超、７０パーセント超、８０パー
セント超、８５パーセント超、９０パーセント超、９２パーセント超、９４パーセント超
、９５パーセント超、９７．５パーセント超、９９パーセント超、またはさらに９９．５
パーセント超であってもよい。

一部の実施形態では、機械的処理後、材料は０．２５ｇ／ｃｍ^３未満、例えば、０．２
０ｇ／ｃｍ^３、０．１５ｇ／ｃｍ^３、０．１０ｇ／ｃｍ^３、０．０５ｇ／ｃｍ^３またはそ
れ未満、例えば、０．０２５ｇ／ｃｍ^３の嵩密度を有する。嵩密度は、ＡＳＴＭＤ１８
９５Ｂを使って測定される。簡単に述べれば、その方法は、既知容量の測定シリンダーに
検体を充填するステップおよび検体の重量を得るステップを含む。嵩密度は、検体の重量
（ｇ）をシリンダーの既知の容量（ｃｍ^３）で除算することにより計算される。

供給原料が線維状材料の場合は、機械的に処理された材料の繊維は、２回以上の剪断処
理の後でも、相対的大きな平均長さ−対−直径比率（例えば、２０−対−ｌ超）を有する
可能性がある。さらに、本明細書記載の繊維状材料の繊維は、相対的に小さい長さおよび
／または長さ−対−直径比率分布を有する可能性がある。

本明細書使われる平均繊維幅（例えば、直径）は、無作為で選択された約５，０００繊
維から光学的に測定されるものである。平均繊維長さは、補正された長さ加重長さである
。ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、ＥｍｍｅｔａｎｄＴｅｌｌｅｒ）表面積は、多点表面
積であり、気孔率は水銀ポロシメトリーにより測定される。

供給原料が繊維状材料である場合、機械的に処理された材料の繊維の平均長さ−対−直
径比率は、例えば、８／１超、例えば、１０／１超、１５／１超、２０／１超、２５／１
超、または５０／１超であってもよい。機械的に処理された材料の平均繊維長さは、例え
ば、約０．５ｍｍと２．５ｍｍの間、例えば、約０．７５ｍｍと１．０ｍｍの間、および
第２の繊維状材料１４の平均幅（例えば、直径）は、例えば、約５μｍと５０μｍ、例え
ば、約１０μｍと３０μｍの間であってもよい。

一部の実施形態では、供給原料が繊維状材料の場合、機械的に処理された材料の繊維長
さの標準偏差は、機械的に処理された材料の平均繊維長さの６０パーセント未満、例えば
、平均長さの５０パーセント未満、平均長さの平均長さの４０パーセント未満、平均長さ
の２５パーセント未満、平均長さの１０パーセント未満、平均長さの５パーセント未満、
またはさらに平均長さの１パーセント未満であってもよい。

一部の局面では、低嵩密度材料を調製し、次いで、材料を高密度化（例えば、別の場所
への輸送の容易さと低コスト化を可能とするために）した後、材料を低嵩密度状態に戻す
ことが好ましい場合もある。高密度化材料は、本明細書記載の方法のいずれかにより処理
可能であり、また、本明細書記載の方法のいずれかで処理されたどの材料も、例えば、国
際公開第２００８／０７３１８６号に記載のように、その後で高密度化可能である。

照射処理
１つまたは複数の照射処理シーケンスを使用して供給原料を処理し、次の処理ステップお
よび／またはシーケンスへの入力となる構造変換材料を提供できる。照射は、例えば、供
給原料の分子量および／または結晶化度を下げることができる。照射は、また、材料、ま
たはその材料をバイオプロセスで処理するのに必要な全ての媒体を滅菌することができる
。

一部の実施形態では、材料中の原子軌道から電子を放出するエネルギーが、材料を照射
するのに使用される。照射は、次記により提供されうる：（１）重荷電粒子、例えば、ア
ルファ粒子もしくはプロトン、（２）例えば、ベータ崩壊もしくは電子ビーム加速器によ
り作られた電子、または（３）電磁照射、例えば、ガンマ線、Ｘ線、または紫外線。一手
法では、放射性物質により作られた照射は、供給原料の照射に使うことができる。別の手
法では、電磁照射（例えば、電子ビームエミッターを使って生成させた）は、供給原料の
照射に使うことができる。一部の実施形態では、任意の順で、または同時に（１）〜（３
）の任意の組み合わせを使用できる。適用する線量は、目的の効果および特定の供給原料
に依存する。

分子鎖切断が望ましく、および／またはポリマー鎖の官能基化が望ましい一部の例では
、電子より重い粒子、例えば、プロトン、ヘリウム核、アルゴンイオン、シリコンイオン
、ネオンイオン、炭素イオン、燐イオン、酸素イオン、または窒素イオンが利用できる。
開環分子鎖切断が所望の場合、正帯電粒子が、そのルイス酸特性に対し開環分子鎖切断を
促進するために利用できる。例えば、最大酸化が所望なら、酸素イオンが利用でき、最大
窒化が所望なら、窒素イオンが利用できる。重粒子および正帯電粒子の使用については、
米国特許出願第１２／４１７，６９９号に記載されている。この特許の全開示は、参照に
より本明細書に組み込まれる。

一方法では、第１の数平均分子量（Ｍ_Ｎ１）を有するセルロースであるか、またはこの
セルロースを含む第１の材料が、例えば、電離放射線（例えば、ガンマ照射、Ｘ線照射、
１００ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外（ＵＶ）光、電子ビームまたは他の帯電粒子の形で）によ
る処理により照射され、第１の数平均分子量より小さい第２の数平均分子量（Ｍ_Ｎ２）を
有するセルロースを含む第２の材料を与える。第２の材料（または第１と第２の材料）を
微生物と混合できる（酵素処理の有り無しの場合で）。この微生物は、第２のおよび／ま
たは第１の材料またはその成分の糖もしくはリグニンを利用して本明細書記載のような中
間体または製品を製造できる。

第２の材料は、第１の材料に比べ小さくなった分子量を有し、場合によっては、低下し
た結晶化度も有するセルロースを含むため、例えば、微生物および／または酵素含有溶液
中で、第２の材料は、通常、分散性、膨潤性、および／または可溶性がより高くなる。こ
れらの特性により、第２の材料はさらに処理しやすく、また第１の材料に比べて化学的、
酵素的、および／または生物学的攻撃の影響を受けやすくなり、このことにより、所望の
製品、例えば、エタノール、の生産速度、および／または生産量を大きく改善することが
できる。

一部の実施形態では、第２の数平均分子量（Ｍ_Ｎ２）は、約１０パーセント超、例えば
、１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０パーセント、６０パーセント、またはさら
に約７５パーセント超、第１の数平均分子量（Ｍ_Ｎ１）より小さい。

一部の例では、第２の材料は、第１の材料のセルロースの結晶化度（Ｃ_１）より低い結
晶化度（Ｃ_２）のセルロースを含む。例えば、（Ｃ_２）は、約１０パーセント超、例えば
、１５、２０、２５、３０、３５、４０、またはさらに約５０パーセント超、（Ｃ_１）よ
り低い場合もある。

一部の実施形態では、出発結晶化指数（照射前）は、約４０〜約８７．５パーセント、
例えば、約５０〜約７５パーセントまたは約６０〜約７０パーセントであり、照射後の結
晶化指数は、約１０〜約５０パーセント、例えば、約１５〜約４５パーセントまたは約２
０〜約４０パーセントである。しかし、一部の実施形態では、例えば、大量照射後は、５
パーセントより低い結晶化指数になる可能性がある。一部の実施形態では、照射後の材料
は、実質的に無定形である。

一部の実施形態では、出発数平均分子量（照射前）は、約２００，０００〜約３，２０
０，０００、例えば、約２５０，０００〜約１，０００，０００または約２５０，０００
〜約７００，０００、および照射後の数平均分子量は、約５０，０００〜約２００，００
０、例えば、約６０，０００〜約１５０，０００または約７０，０００〜約１２５，００
０である。しかし、一部の実施形態では、例えば、大量照射後、約１０，０００未満また
はさらに約５，０００未満の数平均分子量になる可能性がある。

一部の実施形態では、第２の材料は、第１の材料の酸化レベル（Ｏ_１）よりも高い酸化
レベル（Ｏ_２）を有することができる。高いレベルの材料の酸化は、分散性、膨潤性、お
よび／または溶解性を高めるのを助け、化学的、酵素的または生物学的攻撃に対する材料
の感受性をさらに高める。一部の実施形態では、第１の材料に比べて第２の材料の酸化レ
ベルを上げるために、酸化環境下、例えば、空気または酸素で覆った条件で、照射が行わ
れ、第１の材料より酸化された第２の材料が作られる。例えば、第２の材料は、より多く
の、親水性を増加させるヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基またはカ
ルボン酸基を含むことができる。

電離放射線
各形式の照射は、照射エネルギーにより決まる特定の相互作用を介して炭素含有材料をイ
オン化する。重帯電粒子は、主にクーロン散乱を介して物質をイオン化する；さらに、こ
れらの相互作用は、エネルギー電子を作り出し、これが物質をさらにイオン化できる。ア
ルファ粒子は、ヘリウム原子核と同じで、種々の放射性核、例えば、ビスマスポロニウム
、アスタチン、ラドン、フランシウム、ラジウム、いくつかのアクチニド、例えば、アク
チニウム、トリウム、ウラニウム、ネプツニウム、キュリウム、カリホルニウム、アメリ
シウム、およびプルトニウム同位元素のアルファ崩壊により作り出される。

粒子が利用される場合は、中性（非帯電）、正に帯電または負に帯電であってもよい。
帯電している場合は、帯電粒子は、単一陽性または陰性電荷でも、複数電荷、例えば、１
つ、２つ、３つまたはさらに４つまたはそれ以上の電荷を帯電していてもよい。分子鎖切
断が所望の場合には、一部にはそれらの酸性の性質に起因して、正に帯電の粒子が望まし
いであろう。粒子が利用される場合は、粒子は、静止電子の質量、またはそれ超、例えば
、静止電子の質量の５００、１０００、１５００、２０００、１０，０００またはさらに
１００，０００倍の質量を持つてもよい。例えば、粒子は、約１原子単位〜約１５０原子
単位、例えば、約１原子単位〜約５０原子単位、または約１〜約２５、例えば、１、２、
３、４、５、１０、１２または１５ａｍｕの質量を持つてもよい。粒子を加速するのに使
用される加速器は、静電ＤＣ、動電ＤＣ、ＲＦ線形、磁気誘導線形または連続波であって
もよい。例えば、サイクロトロンタイプ加速器は、ＩＢＡ、Ｂｅｌｇｉｕｍから、例えば
、Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）システムを入手可能で、また、ＤＣタイプ加速器は、
ＲＤＩ、現ＩＢＡＩｎｄｕｓｔｒｉａｌから、例えば、Ｄｙｎａｍｉｔｒｏｎ（登録商
標）を入手可能である。単数、複数イオン加速器は、下記で考察されている：Ｉｎｔｒｏ
ｄｕｃｔｏｒｙＮｕｃｌｅａｒＰｈｙｓｉｃｓ、ＫｅｎｎｅｔｈＳ．Ｋｒａｎｅ、
ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．（１９８８）、ＫｒｓｔｏＰｒｅｌｅ
ｃ、ＦＩＺＩＫＡＢ６（１９９７）４、１７７−２０６、Ｃｈｕ、ＷｉｌｌｉａｍＴ
．、「ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＬｉｇｈｔ−ＩｏｎＢｅａｍＴｈｅｒａｐｙ」Ｃｏ
ｌｕｍｂｕｓ−Ｏｈｉｏ、ＩＣＲＵ−ＩＡＥＡＭｅｅｔｉｎｇ、１８−２０Ｍａｒｃ
ｈ２００６、Ｉｗａｔａ、Ｙ．ｅｔａｌ．、「Ａｌｔｅｎａｔｉｎｇ−Ｐｈａｓｅ−
ＦｏｃｕｓｅｄＩＨ−ＤＴＬｆｏｒＨｅａｖｙ−ＩｏｎＭｅｄｉｃａｌＡｃｃ
ｅｌｅｒａｔｏｒｓ」ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＥＰＡＣ２００６、Ｅｄｉｎｂ
ｕｒｇｈ、ＳｃｏｔｌａｎｄａｎｄＬｅａｎｅｒ、Ｃ．Ｍ．ｅｔａｌ．、「Ｓｔａ
ｔｕｓｏｆｔｈｅＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＥＣＲＩｏｎＳｏｕｒｃ
ｅＶｅｎｕｓ」ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＥＰＡＣ２０００、Ｖｉｅｎｎａ、Ａ
ｕｓｔｒｉａ。

ガンマ照射は、種々の材料中への大きな浸透深さという利点がある。ガンマ線ソースに
は、放射性核、例えば、コバルト、カルシウム、テクネチウム、クロム、ガリウム、イン
ジウム、ヨウ素、鉄、クリプトン、サマリウム、セレン、ナトリウム、タリウム、および
キセノンの同位元素が含まれる。

Ｘ線ソースには、金属ターゲット、例えば、タングステンもしくはモリブデンもしくは
合金、または小型光源、例えば、Ｌｙｎｃｅａｎにより商業的に生産されている光源を使
った電子ビーム衝突が含まれる。

紫外線照射ソースには、重水素またはカドミウムランプが含まれる。

赤外線照射ソースには、サファイア、亜鉛、またはセレン化物ウインドウセラミックラ
ンプが含まれる。

マイクロ波ソースには、クライストロン、ＳｌｅｖｉｎタイプＲＦソース、または水素
、酸素、または窒素ガスを用いる原子ビームソースが含まれる。

一部の実施形態では、電子ビームが照射ソースとして使用される。電子ビームは、高い
線量率（例えば、毎秒１、５、またはさらに１０Ｍｒａｄ）、高スループット、軽い封じ
込め、および少なくて済む閉じ込め設備の点で有利である。電子は、また、分子鎖切断を
起こすのに、より効率的である可能性がある。さらに、４〜１０ＭｅＶのエネルギーを有
する電子は、５〜３０ｍｍ以上の、例えば、４０ｍｍの浸透深さにすることができる。

電子ビームは、例えば、静電発電機、直列発電機、変圧発電機（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅ
ｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、走査系を備えた低エネルギー加速器、リニアカソードを備え
た低エネルギー加速器、リニア加速器、およびパルス加速器により生成できる。電離放射
線ソースとしての電子は、例えば、０．５インチ未満、例えば、０．４インチ未満、０．
３インチ、０．２インチ、または０．１インチ未満の比較的薄い断面の材料、に対し有用
である可能性がある。一部の実施形態では、電子ビームの各電子のエネルギーは、約０．
３ＭｅＶ〜約２．０ＭｅＶ（ミリオン電子ボルト）、例えば、約０．５ＭｅＶ〜約１．５
ＭｅＶ、または約０．７ＭｅＶ〜約１．２５ＭｅＶである。

電子ビーム照射装置は、ＩｏｎＢｅａｍＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｌｏｕｖａｉ
ｎ−ｌａ−Ｎｅｕｖｅ、ＢｅｌｇｉｕｍまたはＴｉｔａｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓ
ａｎＤｉｅｇｏ、ＣＡ、から市販品として調達可能である。典型的な電子エネルギーは
、１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ、または１０ＭｅＶである。典型的
な電子ビーム照射装置出力は、１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、１００
ｋＷ、２５０ｋＷ、または５００ｋＷである。供給原料の解重合の程度は、使用された電
子エネルギーおよび適用された線量に依存するが、露光時間は、出力と線量に依存する。
典型的な線量は、１ｋＧｙ、５ｋＧｙ、１０ｋＧｙ、２０ｋＧｙ、５０ｋＧｙ、１００ｋ
Ｇｙ、または２００ｋＧｙの値である。

イオン粒子ビーム
電子より重い粒子は、例えば、炭水化物または炭水化物、例えば、セルロース系材料、リ
グノセルロース系材料、でんぷん質、またはこれらおよび本明細書記載のもののいずれか
の混合物を含む材料、の照射に利用できる。例えば、プロトン、ヘリウム核、アルゴンイ
オン、シリコンイオン、ネオンイオン、炭素イオン、燐イオン、酸素イオンまたは窒素イ
オンが利用可能である。一部の実施形態では、電子より重い粒子は、より多量の分子鎖切
断（より軽い粒子に比べて）を誘導できる。一部の例では、正に帯電粒子は、その酸性度
のために、負に帯電粒子よりも多くの分子鎖切断を誘導できる。

より重い粒子ビームは、例えば、リニア加速器またはサイクロトロンを使って生成でき
る。一部の実施形態では、ビームのそれぞれの粒子のエネルギーは、約１．０ＭｅＶ／原
子単位〜約６，０００ＭｅＶ／原子単位、例えば、約３ＭｅＶ／原子単位〜約４，８００
ＭｅＶ／原子単位、または約１０ＭｅＶ／原子単位〜約１，０００ＭｅＶ／原子単位であ
る。

特定の実施形態では、炭素含有材料、例えば、バイオマス材料を照射するのに使用され
るイオンビームは、２つ以上の型のイオンを含んでもよい。例えば、イオンビームは、２
つ以上（例えば、３つ、４つ以上）の異なる型のイオンの混合物を含んでもよい。代表的
混合物には、炭素イオンとプロトン、炭素イオンと酸素イオン、窒素イオンとプロトン、
および鉄イオンとプロトンが含まれる。さらに一般的には、上で考察したイオンのいずれ
か（または、ほかのいずれかのイオン）の任意の混合物を使って、照射イオンビームを構
成するために使用できる。特に、相対的に軽い、および相対的に重いイオンの混合物を、
単一のイオンビームに使用可能である。

一部の実施形態では、材料照射用のイオンビームには、正帯電イオンが含まれる。正帯
電イオンには、例えば、正帯電水素イオン（例えば、プロトン）、希ガスイオン（例えば
、ヘリウム、ネオン、アルゴン）、炭素イオン、窒素イオン、酸素イオン、シリコン原子
、リンイオン、および金属イオン、例えば、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、およ
び／または鉄イオンを含むことができる。いかなる理論にも拘束されることを望むもので
はないが、このような正帯電イオンは、材料に曝されると、化学的にルイス酸成分として
振る舞い、酸化的環境中で陽イオン性開環分子鎖切断反応を開始し、維持すると考えられ
ている。

特定の実施形態では、材料照射用のイオンビームには、負帯電イオンが含まれる。負帯
電イオンには、例えば、負帯電水素イオン（例えば、水素化物イオン）、および種々の相
対的に電気陰性の核（例えば、酸素イオン、窒素イオン、炭素イオン、シリコンイオン、
およびリンイオン）の負帯電イオンを含むことができる。いかなる理論にも拘束されるこ
とを望むものではないが、このような負帯電イオンは、材料に曝されると、化学的にルイ
ス塩基成分として振る舞い、還元環境中で陰イオン性開環分子鎖切断反応を引き起こすと
考えられている。

一部の実施形態では、材料照射用のビームには、中性の原子を含んでもよい。例えば、
いずれかの１つまたは複数の水素原子、ヘリウム原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子、
ネオン原子、シリコン原子、リン原子、アルゴン原子、および鉄原子をバイオマス材料の
照射用に使用されるビーム中に含めることができる。通常は、いずれか２つ以上の上記タ
イプの原子（例えば、３つ以上、４つ以上、またはさらに多く）がそのビーム中に存在し
てもよい。

特定の実施形態では、材料照射用に使われるイオンビームには、一価イオン、例えば、
１つまたは複数のＨ^＋、Ｈ⁻、Ｈｅ^＋、Ｎｅ^＋、Ａｒ^＋、Ｃ^＋、Ｃ⁻、Ｏ^＋、Ｏ⁻、Ｎ^＋
、Ｎ⁻、Ｓｉ^＋、Ｓｉ⁻、Ｐ^＋、Ｐ⁻、Ｎａ^＋、Ｃａ^＋、およびＦｅ^＋が含まれる。一部
の実施形態では、イオンビームには、多価イオン、例えば、１つまたは複数のＣ^２＋、Ｃ
^３＋、Ｃ^４＋、Ｎ^３＋、Ｎ^５＋、Ｎ^３−、Ｏ^２＋、Ｏ^２−、Ｏ_２ ^２−、Ｓｉ^２＋、Ｓｉ^４
^＋、Ｓｉ^２−、およびＳｉ^４−．を含んでもよい。一般的に、イオンビームは、また、さ
らに複雑な複数の正または負の電荷を持つ多核イオンを含むこともできる。特定の実施形
態では、多核イオンの構造の理由で、正または負の電荷が、実質的にイオンの構造全体に
わたり有効に分布することができる。一部の実施形態では、正または負の電荷が、イオン
の構造の一部にやや局在化の可能性がある。

電磁照射
照射を電磁照射により行う場合の実施形態では、電磁照射は、例えば、１０^２ｅＶ超、例
えば、１０^３超、１０^４、１０^５、１０^６、またはさらに１０^７ｅＶ超のフォトン当たり
のエネルギー（電子ボルト単位で）を持つことができる。一部の実施形態では、電磁照射
は、１０^４と１０^７の間、例えば、１０^５と１０^６ｅＶの間のフォトン当たりのエネルギ
ーを有する。電磁照射は、例えば、１０^１６ｈｚ超、１０^１７ｈｚ超、１０^１８、１０^１
^９、１０^２０、またはさらに１０^２１ｈｚ超の周波数であってもよい。一部の実施形態で
は、電磁照射は、１０^１８と１０^２２ｈｚの間、例えば、１０^１９〜１０^２１ｈｚの周波
数である。

線量
一部の例では、照射を、毎秒約０．２５Ｍｒａｄ超、例えば、約０．５、０．７５、１．
０、１．５、２．０超、またはさらに毎秒約２．５Ｍｒａｄ超の線量率で行う。一部の実
施形態では、照射を、５．０と１５００．０ｋｒａｄ／ｈｏｕｒの間、例えば、１０．０
と７５０．０ｋｒａｄ／ｈｏｕｒまたは５０．０と３５０．０ｋｒａｄ／ｈｏｕｒの間の
線量率で行う。

一部の実施形態では、材料が少なくとも０．１Ｍｒａｄ、少なくとも０．２５Ｍｒａｄ
、例えば、少なくとも１．０Ｍｒａｄ、少なくとも２．５Ｍｒａｄ、少なくとも５．０Ｍ
ｒａｄ、少なくとも１０．０Ｍｒａｄ、少なくとも６０Ｍｒａｄまたは少なくとも１００
Ｍｒａｄの線量を受けるまで、照射（任意の照射ソースまたはソースの組み合わせで）を
行う。一部の実施形態では、材料が、約０．１Ｍｒａｄ〜約５００Ｍｒａｄ、約５Ｍｒａ
ｄ〜約２００Ｍｒａｄ、約１Ｍｒａｄ〜約１００Ｍｒａｄ、または約５Ｍｒａｄ〜約６０
Ｍｒａｄの線量を受けるまで照射を行う。一部の実施形態では、比較的低い照射線量、例
えば、６０Ｍｒａｄ未満の線量が適用される。

超音波処理
超音波処理により、材料、例えば、１つまたは複数のいずれかの本明細書記載の材料、例
えば、１つまたは複数の炭水化物ソース、例えば、セルロース系またはリグノセルロース
系材料、またはでんぷん質、の分子量および／または結晶化度を低下させることができる
。超音波処理は、また、材料を滅菌するために使用することもできる。前に照射に関し考
察したように、超音波処理で使われるプロセスパラメーターは、種々の因子に依存して、
例えば、供給原料のリグニン含量に依存して変化する可能性がある。例えば、高いリグニ
ンレベルを有する供給原料は、通常、より長い滞留時間および／またはより高いエネルギ
ーレベルを必要とし、供給原料により高い総エネルギーが付与される。

一方法では、第１の数平均分子量（Ｍｎ_１）のセルロースを含む第１の材料が、溶媒、
例えば、水（例えば、食塩水、廃水、またはいずれかの他のタイプの本明細書記載の汚染
水で、さらに淡水の添加の有る場合と無い場合のもの）中に分散され、超音波処理、およ
び／または他の方法でキャビテーション形成し、第１の数平均分子量より小さい第２の数
平均分子量（Ｍｎ_２）のセルロースを含む第２の材料が得られる。第２の材料（または特
定の実施形態における第１と第２の材料）は、第２および／または第１の材料を利用して
中間体または生成物を作ることができる微生物と混合することができる（酵素処理をする
場合としない場合について）。

第２の材料は、第１の材料に比べて低下した分子量のセルロース、一部の例では、同様
に低下した結晶化度を有するセルロースを含むため、第２の材料は、通常、例えば、微生
物含有溶液中での分散性、膨潤性、および／または可溶性、が改善される。

一部の実施形態では、第２の数平均分子量（Ｍ_Ｎ２）は、約１０パーセント超、例えば
、１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０パーセント、６０パーセント、またはさら
に約７５パーセント超、第１の数平均分子量（Ｍｎ_１）よりも小さい。

一部の例では、第２の材料は、第１の材料のセルロースの結晶化度（Ｃ_１）よりも低い
結晶化度（Ｃ_２）のセルロースを含む。例えば、（Ｃ_２）は、約１０パーセント超、例え
ば、１５、２０、２５、３０、３５、４０、またはさらに約５０パーセント超、（Ｃ_１）
より低い可能性がある。

一部の実施形態では、出発結晶化指数（超音波処理前）は、約４０〜約８７．５パーセ
ント、例えば、約５０〜約７５パーセントまたは約６０〜約７０パーセントであり、超音
波処理後の結晶化指数は約１０〜約５０パーセント、例えば、約１５〜約４５パーセント
または約２０〜約４０パーセントである。しかし、特定の実施形態では、例えば、強力な
超音波処理後、５パーセント未満の結晶化指数にすることも可能である。一部の実施形態
では、超音波処理後の材料は、実質的に無定形である。

一部の実施形態では、出発数平均分子量（超音波処理前）は、約２００，０００〜約３
，２００，０００、例えば、約２５０，０００〜約１，０００，０００または約２５０，
０００〜約７００，０００であり、また、超音波処理後の数平均分子量は、約５０，００
０〜約２００，０００、例えば、約６０，０００〜約１５０，０００または約７０，００
０〜約１２５，０００である。しかし、一部の実施形態では、例えば、強力な超音波処理
後、約１０，０００未満、またはさらに約５，０００未満の数平均分子量にすることも可
能である。

一部の実施形態では、第２の材料は、第１の材料の酸化レベル（Ｏ_１）より高い酸化レ
ベル（Ｏ_２）を持つことができる。材料のより高い酸化レベルは、分散、膨潤および／ま
たは溶解を支援し、材料の化学的、酵素的、または微生物の攻撃に対する感受性をさらに
高めることができる。一部の実施形態では、第１の材料に比較して、第２の材料の酸化レ
ベルを高めるために、酸化溶媒中で超音波処理を行い、第１の材料より多く酸化された第
２の材料を作り出す。例えば、第２の材料は、親水性を増加させるより多くのヒドロキシ
ル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基またはカルボン酸基を持つことができる。

一部の実施形態では、超音波処理溶媒は、水性溶媒である。所望なら、溶媒には、酸化
剤、例えば、過酸化物（例えば、過酸化水素）、分散剤および／または緩衝液を含んでも
よい。分散剤の例には、イオン分散剤、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、および非イオ
ン分散剤、例えば、ポリ（エチレングリコール）が含まれる。

他の実施形態では、超音波処理溶媒は、非水性である。例えば、超音波処理を、炭化水
素、例えば、トルエンまたはヘプタン、エーテル、例えば、ジエチルエーテルまたはテト
ラヒドロフラン中で、またはさらに液化ガス、例えば、アルゴン、キセノン、または窒素
中でおこなうことができる。

熱分解
１つまたは複数の熱分解処理シーケンスを使って多種多様の異なるソース由来の炭素含有
材料を処理して、その材料から有用な物質を抽出し、さらに、次の処理ステップおよび／
またはシーケンスへの入力として使われる、部分的に劣化した材料を提供できる。また、
熱分解を使って、材料を滅菌することもできる。熱分解条件は、供給原料および／または
ほかの因子の特性に依存して変化しうる。例えば、より高いリグニンレベルの供給原料は
、より高い温度、より長い滞留時間、および／または熱分解の間により高いレベルの酵素
の導入が必要となる可能性がある。

一例では、第１の数平均分子量（Ｍｎ_１）を有するセルロースを含む第１の材料を、例
えば、チューブ炉（酸素の存在または非存在下）中で第１の材料を加熱して熱分解し、第
１の数平均分子量より小さい第２の数平均分子量（Ｍｎ_２）を有するセルロースを含む第
２の材料が得られる。

第２の材料は、第１の材料に比べ分子量の減少した、および、一部の例では、同様に結
晶化度の低下したセルロースを含むため、第２の材料は、通常、例えば、微生物含有溶液
中で、分散性、膨潤性および／または可溶性がさらに改善される。

一部の実施形態では、第２の数平均分子量（Ｍ_Ｎ２）は、約１０パーセント超、例えば
、１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０パーセント、６０パーセント、またはさら
に約７５パーセント超、第１の数平均分子量（Ｍｎ_１）より小さい。

一部の例では、第２の材料は、第１の材料のセルロースの結晶化度（Ｃ_１）より低い結
晶化度（Ｃ_２）を有するセルロースを含む。例えば、（Ｃ_２）は、約１０パーセント超、
例えば、１５、２０、２５、３０、３５、４０、またはさらに約５０パーセント超、（Ｃ
_１）より低い可能性がある。

一部の実施形態では、出発結晶化度（熱分解前）は、約４０〜約８７．５パーセント、
例えば、約５０〜約７５パーセントまたは約６０〜約７０パーセントであり、熱分解後の
結晶化指数は、約１０〜約５０パーセント、例えば、約１５〜約４５パーセントまたは約
２０〜約４０パーセントである。しかし、特定の実施形態では、例えば、強力な熱分解後
では、５パーセント未満の結晶化指数とすることが可能である。一部の実施形態では、熱
分解後の材料は、実質的に無定形である。

一部の実施形態では、出発数平均分子量（熱分解前）は、約２００，０００〜約３，２
００，０００、例えば、約２５０，０００〜約１，０００，０００または約２５０，００
０〜約７００，０００であり、熱分解後の数平均分子量は、約５０，０００〜約２００，
０００、例えば、約６０，０００〜約１５０，０００または約７０，０００〜約１２５，
０００である。しかし、一部の実施形態では、例えば、強力な熱分解後、約１０，０００
未満、またはさらに約５，０００未満の数平均分子量とすることが可能である。

一部の実施形態では、第２の材料は、第１の材料の酸化レベル（Ｏ_１）よりも高い酸化
レベル（Ｏ_２）とすることが可能である。材料の高いレベルの酸化により、その分散、膨
潤および／または溶解を助け、化学的、酵素的または微生物による攻撃に対する材料の感
受性をさらに高めることができる。一部の実施形態では、第１の材料に比べて第２の材料
の酸化レベルを高めるために、酸化環境中で熱分解を行い、第１の材料より多く酸化され
た第２の材料を生成する。例えば、第２の材料は、第１の材料より多くのヒドロキシル基
、アルデヒド基、ケトン基、エステル基またはカルボン酸基を有し、それにより、材料の
親水性を高めることができる。

一部の実施形態では、材料熱分解は連続的に行われる。他の実施形態では、材料は、所
定の時間熱分解され、その後、再度熱分解する前に、第２の所定時間冷却される。

酸化
１つまたは複数の酸化的処理シーケンスを使い、多種多様の異なるソース由来の炭素含有
材料を処理して、その材料から有用な物質を抽出し、次の処理ステップおよび／またはシ
ーケンスへの入力となる、部分的に劣化、および／または改変された材料を得ることがで
きる。酸化条件は、例えば、供給原料のリグニン含量に依存して変動しうるが、通常、よ
り多いリグニン含量の供給原料に対して、より高レベルの酸化が望ましい。

一方法では、第１の数平均分子量（Ｍｎ_１）および第１の酸素含量（Ｏ_１）を有するセ
ルロースを含む第１の材料は、例えば空気または酸素リッチな空気の気流中で加熱により
酸化され、第２の数平均分子量（Ｍｎ_２）および第１の酸素含量（Ｏ_１）より多い第２の
酸素含量（Ｏ_２）を有するセルロースを含む第２の材料が得られる。

第２の材料の第２の数平均分子量は、通常、第１の材料の第１の数平均分子量よりも小
さい。例えば、分子量は、他の物理的処理の場合と同じ程度に、低減できる。

一部の実施形態では、第２の酸素含量は、第１の酸素含量より少なくとも約５パーセン
ト高く、例えば、７．５パーセント、１０．０パーセント、１２．５パーセント、１５．
０パーセントまたは１７．５パーセント高い。一部の好ましい実施形態では、第２の酸素
含量は、第１の材料の第１の酸素含量よりも少なくとも約２０．０パーセント高い。酸素
含量は、検体を１３００℃以上の炉中で熱分解する元素分析により測定される。適した元
素分析装置は、ＶＴＦ−９００高温熱分解炉を備えたＬＥＣＯＣＨＮＳ−９３２アナラ
イザーである。

一般的に、材料の酸化は、酸化環境中で起こる。例えば、酸化は、酸化環境、例えば、
空気または空気リッチアルゴン中での熱分解により行う、または支援することができる。
酸化中に支援するために、種々の化学薬品、例えば、酸化剤、酸または塩基を酸化の前、
またはその間に材料に添加できる。例えば、過酸化物（例えば、過酸化ベンゾイル）を酸
化の前に添加できる。

バイオマス供給原料の扱いにくさを減らすいくつかの酸化法では、Ｆｅｎｔｏｎ型化学
が採用される。このような方法は、例えば、米国特許出願第１２／６３９，２８９号に開
示されている。本特許の全開示は参照により本明細書に組み込まれる。

代表的酸化剤には、過酸化物、例えば、過酸化水素および過酸化ベンゾイル、過硫酸塩
、例えば、過硫酸アンモニウム、活性化した型酸素、例えば、オゾン、過マンガン酸塩、
例えば、過マンガン酸カリウム、過塩素酸塩、例えば、過塩素酸ナトリウム、および次亜
塩素酸塩、例えば、次亜塩素酸ナトリウム（家庭用漂白剤）、が含まれる。

一部の例では、接触の間、ｐＨは、約５．５、以下に維持され、例えば、１〜５、２〜
５、２．５〜５または約３〜５、に維持される。酸化条件は、また、２〜１２時間、例え
ば、４〜１０時間または５〜８時間の接触時間を含んでもよい。一部の例では、温度は、
３００℃以下、例えば、２５０、２００、１５０、１００または５０℃以下に維持される
。一部の例では、温度は、実質的に、環境温度、例えば、正確にまたは約２０〜２５℃の
ままで保持される。

一部の実施形態では、ガスとして、例えば、電子等の粒子のビームを空気を介して照射
して、その場でオゾンを生成することにより、１つまたは複数の酸化剤が適用される。

一部の実施形態では、混合物は、電子移動反応を支援することができる１つまたは複数
のヒドロキノン、例えば、２、５−ジメトキシヒドロキノン（ＤＭＨＱ）および／または
１つまたは複数のベンゾキノン、例えば、２、５−ジメトキシ−１、４−ベンゾキノン（
ＤＭＢＱ）をさらに含む。

一部の実施形態では、１つまたは複数の酸化剤は、その場で電気化学的に生成される。
例えば、過酸化水素および／またはオゾンは、接触または反応容器内で電気化学的に生成
できる。

可溶化、扱いにくさ低減、または官能化のための他のプロセス
この段落のいずれの処理も、本明細書記載のいずれのプロセスも伴わず単独で使用、また
は本明細書の以下に記載のいずれかのプロセスと組み合わせて（任意の順番で）使用可能
である：蒸気爆砕、化学処理（例えば、酸処理（鉱酸、例えば、硫酸、塩酸および有機酸
、例えば、トリフルオロ酢酸による濃縮および希釈酸処理を含む）および／または塩基処
理（例えば、石灰または水酸化ナトリウムでの処理））、ＵＶ処理、スクリュー押し出し
処理（例えば、２００８年１１月１７日出願の米国特許仮出願第６１／１１５，３９８号
参照）、溶媒処理（例えば、イオン性液体による処理）および凍結粉砕（例えば、米国特
許出願第１２／５０２，６２９号参照）。

燃料、酸、エステルおよび／または他の製品の製造
典型的なバイオマスリソースは、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンとより少
量のタンパク質、抽出可能物ならびに鉱物を含む。バイオマスに対し、上で考察した１つ
または複数の処理ステップを行った後、セルロースおよびヘミセルロース画分中に含まれ
る複合体炭水化物は、一部の例では、任意選択で、酸または酵素による加水分解を伴って
、発酵性糖に加工することができる。遊離した糖は、種々の生成物、例えば、アルコール
または有機酸、に転換できる。得られる生成物は、使用した微生物およびバイオプロセッ
シングが起こる条件に依存する。他の実施形態では、処理されたバイオマス材料は、熱化
学的転換、または他の処理に供することができる。

処理されたバイオマス材料のさらなる処理方法の例については、以下のセクションで考
察される。

糖化
処理された供給原料を容易に発酵できる形に転換するために、一部の実施態様では、供給
原料のセルロースは、最初に加水分解されて低分子量炭水化物、例えば、糖化剤、例えば
、酵素により糖に（糖化と呼ばれるプロセス）転換される。一部の実施態様では、糖化剤
は、酸、例えば、鉱酸を含む。酸が使われる場合は、微生物に有毒な副産物が生成される
可能性があり、この場合、プロセスには、この副産物を除去するステップがさらに含まれ
る。除去は、活性化炭素、例えば、活性化木炭、または他の適切な技術を使っておこなう
ことができる。

セルロースを含む材料は、例えば、材料と酵素を溶媒、例えば、水溶液中で、混合する
ことにより、酵素で処理される。

バイオマス、例えば、バイオマスのセルロースおよび／またはリグニン部分を破壊する
酵素およびバイオマス破壊生物は、種々のセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナ
ーゼまたは様々な小分子バイオマス破壊代謝物を含む、またはこれらを製造する。これら
の酵素は、バイオマスの結晶性セルロースまたはリグニン部分を分解するように相乗的に
作用する酵素の複合体であってもよい。セルロース分解酵素の例には、エンドグルカナー
ゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびセロビアーゼ（Ｐ−グルコシダーゼ）、が含まれる。
セルロース系基質は、最初にエンドグルカナーゼによりランダム位置で加水分解され、オ
リゴマー中間体が生成する。これらの中間体は、次に、エキソ分解型グルカナーゼ、例え
ば、セロビオヒドロラーゼに対する基質になり、セルロースポリマーの末端からセロビオ
ースを生成する。セロビオースは、水溶性のグルコースの１、４−連結ダイマーである。
最後に、セロビアーゼがセロビオースを開裂させ、グルコースが得られる。

発酵
微生物は、処理されたバイオマス材料の糖化により生成された低分子量糖を発酵させるこ
とによりいくつかの有用な中間体および製品を作ることができる。例えば、発酵または他
のバイオプロセスは、アルコール、有機酸、炭化水素、水素、タンパク質またはこれらの
材料のいずれかの混合物を生成できる。

例えば、酵母およびザイモモナス細菌は、発酵または転換に使用できる。他の微生物は
、下記の材料セクションで考察される。酵母に対する最適ｐＨは、約ｐＨ４〜５であり、
他方、ザイモモナスの最適ｐＨは、約ｐＨ５〜６である。典型的な発酵時間は、温度２６
℃〜４０℃の範囲に対し、約２４〜９６時間であるが、好熱性微生物はより高い温度を好
む。

移動式発酵槽は、米国特許仮出願第６０／８３２，７３５号、国際公開第２００８／０
１１５９８号に記載のように、利用可能である。同様に、糖化設備は、移動可能であって
もよい。さらに、移動中に、糖化および／または発酵の一部または全体を行うことができ
る。

熱化学的転換
処理されたバイオマスに対して熱化学的転換を行い、１つまたは複数の目的の中間体およ
び／または製品を作ることができる。熱化学的転換プロセスには、高温度での炭素含有材
料の分子構造の変換が含まれる。具体的な例には、ガス化、熱分解、リフォーメーション
、部分酸化およびこれらの組み合わせ（任意の順番で）が含まれる。

ガス化は、炭素含有材料を合成ガス（合成ガス（ｓｙｎｇａｓ））に転換し、これには
、メタノール、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含んでもよい。多くの微生物、例え
ば、アセトゲンまたはホモアセトゲンは、バイオマスの熱化学的転換由来の合成ガスを利
用して、アルコール、カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸エステルまたはこれらのい
ずれかの混合物を含む生成物を得ることができる。バイオマス（例えば、セルロース系ま
たはリグノセルロース系材料）のガス化は、種々の技術により達成することができる。例
えば、ガス化は、流動床リアクタを備えた多段スチームリフォーメーションを利用して達
成できる。この場合、炭素質材料は、最初に酸素が存在しない条件で熱分解され、次に、
熱分解蒸気が、水素と酸素を添加供給する蒸気を使って合成ガスにリフォームされる。こ
のような技術では、プロセスの熱は、木炭の燃焼により得られる。別の技術は、スクリュ
ーオーガーリアクターを利用し、湿気および酸素が熱分解ステージで導入され、プロセス
の熱は、後のステージで作られたガスの一部を燃焼して供給される。別の技術は、同期フ
ローリフォーメーションを利用する。この場合、外部蒸気と空気の両方が、シングルステ
ージガス化リアクタ中に導入される。部分酸化ガス化法では、蒸気なしで純粋な酸素が利
用される。

後処理
蒸留
発酵後、得られた流体は、例えば、「ビールカラム」を使って蒸留し、エタノールと他の
アルコールを大部分の水と固形分残渣から分離することができる。ビールカラムから出て
くる蒸気は、例えば、３５重量％エタノールであり、精留カラムへ供給できる。精留カラ
ムから出たほぼ共沸（９２．５％）のエタノールと水混合物は、気相分子篩を使って精製
され、純粋な（９９．５％）エタノールを得ることができる。ビールカラム底部分は、三
重効用蒸発缶の第１効用に送ることができる。精留カラム還流冷却器により、この第１効
用缶用の熱が供給できる。第１効用のあとで、固形物は、遠心機を使って分離し、回転乾
燥器で乾燥できる。遠心機流出物の一部（２５％）を発酵に再利用でき、残りは、第２の
および第３蒸発缶効用に送られる。蒸発缶凝集液は、少量を廃水処理のために使うが、ほ
とんどを、ほぼクリーンな凝集液としてプロセスに戻して低沸点化合物の蓄積を防ぐこと
ができる。

中間体および製品
例えば、このような主要プロセスおよび／または後処理を使って、処理されたバイオマス
は、１つまたは複数の生成物、例えば、エネルギー、燃料、食料、および材料に転換でき
る。他の例には、カルボン酸、例えば、酢酸または酪酸、カルボン酸の塩、カルボン酸と
カルボン酸の塩の混合物およびカルボン酸のエステル（例えば、メチル、エチルおよびｎ
−プロピルエステル）、ケトン、アルデヒド、アルファ、ベータ不飽和酸、例えば、アク
リル酸およびオレフィン、例えば、エチレン、が含まれる。他のアルコールおよびアルコ
ール誘導体には、プロパノール、プロピレングリコール、１、４−ブタンジオール、１、
３−プロパンジオール、これらのアルコールのいずれかのメチルまたはエチルエステル、
が含まれる。他の生成物には、メチルアクリラート、メチルメタクリラート、乳酸、プロ
ピオン酸、酪酸、コハク酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、いずれかの酸およびいずれか
の酸の混合物の塩ならびにそれぞれの塩、が含まれる。

食物および医薬品、等の他の中間体および製品は、米国特許出願第１２／４１７，９０
０号に記載されている。この特許の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

材料
バイオマス材料
バイオマスは、例えば、セルロース系またはリグノセルロース系材料であってもよい。こ
のような材料には、紙および紙製品（例えば、ポリコート紙およびクラフト紙）、木材、
木材関連材料、例えば、パーティクルボード、草、もみ殻、バガス、ジュート、麻、亜麻
、竹、サイザル麻、マニラ、麦わら、スイッチグラス、アルファルファ、干し草、トウモ
ロコシの穂軸、トウモロコシ茎葉、ココナツ繊維；および高α−セルロース含量材料、例
えば、綿、が含まれる。供給原料は、ｖｉｒｇｉｎｓｃｒａｐｔｅｘｔｉｌｅｍａ
ｔｅｒｉａｌｓから、例えば、はんぱぎれ、消費財廃棄物、例えば、ぼろきれ、を入手可
能である。紙製品を使う場合、未使用材料であってもよく、例えば、スクラップ未使用材
料、または消費財廃棄物であってもよい。未使用原材料を除いて、消費財廃棄物、産業廃
棄物（例えば、くず肉）、および加工廃棄物（例えば、製紙プロセスからの排液）も、ま
た、繊維ソースとして使用可能である。バイオマス供給原料は、また、ヒト（例えば、汚
水）、動物または植物廃棄物から得る、またはそれらから生じるものであってもよい。さ
らなるセルロース系およびリグノセルロース系材料は、米国特許第６，４４８，３０７号
、同６，２５８，８７６号、同６，２０７，７２９号、同５，９７３，０３５号および同
５，９５２，１０５号、に記載されている。

一部の実施形態では、バイオマス材料は、１つまたは複数のβ−ｌ、４結合、および約
３，０００と５０，０００の間の数平均分子量を有する材料であるか、または、これを含
む炭水化物を含む。このような炭水化物は、セルロース（Ｉ）であるか、またはこれを含
み、これは、（β−グルコース１）からβ（ｌ、４）−グリコシド結合の縮合により得
られる。この結合は、デンプンおよび他の炭水化物中に存在するα（ｌ、４）−グリコシ
ド結合のそれと対照をなすものである。

一部の実施態様では、でんぷん質が使用可能である。でんぷん質には、デンプンそれ自
体、例えば、トウモロコシデンプン、小麦デンプン、ジャガイモデンプンもしくは米デン
プン、デンプンの誘導体、またはデンプンを含む材料、例えば、食品または穀物、が含ま
れる。例えば、澱粉質材料は、アラカチャ、ソバ、バナナ、大麦、カッサバ、クズ、オウ
カ、サゴ、モロコシ、規則的な家庭のじゃがいも、サツマイモ、タロイモ、ヤムイモ、ま
たは１つまたは複数の豆、例えば、空豆、ヒラマメあるいはエンドウ、であってもよい。
２つ以上のいずれかのでんぷん質の混合物は、また、でんぷん質である。

他の適切なバイオマス材料には、糖、サトウキビ、サトウキビ抽出物およびバガスが含
まれる。

一部の例では、バイオマスは、微生物材料である。微生物ソースには、これらに限定さ
れないが、以下に示すいずれかの天然または遺伝的に改変された微生物または生物体が含
まれ、これらは、炭水化物のソース（例えば、セルロース）を含むか、または提供できる
。例えば、原生生物、例えば、動物原生生物（例えば、鞭毛虫、アメーバ様類、繊毛虫類
、および胞子虫類等の原生動物）および植物原生生物（例えば、藻類、例えば、アルベオ
ラータ、クロララクニオン藻、クリプト藻、ユーグレナ藻、灰色藻、ハプト藻、紅藻、黄
色植物、および緑色植物）。他の例には、海藻、プランクトン（例えば、マクロプランク
トン、メソプランクトン、ミクロプランクトン、ナノプランクトン、ピコプランクトン、
およびフェムトプランクトン）、植物プランクトン、細菌（例えば、グラム陽性菌、グラ
ム陰性菌、および極限環境微生物）、酵母および／またはこれらの混合物が含まれる。一
部の例では、微生物バイオマスは、天然ソース、例えば、海洋、湖、水路、例えば、塩水
または淡水、または陸地上から入手できる。代わりに、またはさらに、微生物のバイオマ
スは、培養システム、例えば、大規模乾式および湿式培養システムから入手可能である。

糖化剤
セルラーゼは、バイオマスを分解でき、真菌または細菌由来であってもよい。適切な酵素
は、バシラス属、シュードモナス属、フミコーラ属、フサリウム属、チエラビア属、アク
レモニウム属、クリソスポリウム属およびトリコデルマ属由来のセルラーゼを含み、また
、フミコーラ属、ヒトヨタケ属、チエラビア属、フサリウム属、ミセリオフトラ属、アク
レモニウム属、セファロスポリウム属、スキタリジウム属、ペニシリウム属またはアスペ
ルギルス種の種（例えば、欧州特許第４５８１６２号参照）を含み、特に、フミコラ・イ
ンソレンス（シタリジウム・サーモフィラムとして再分類された。例えば、米国特許第４
，４３５，３０７号、参照）、コプリヌス・シネレウス、フザリウム・オキシスポラム、
ミセリオフトラ・サーモフィラ、メリピウス・ギガンテウス）、チエラビア・テレストリ
ス、アクレモニウム種、アクレモニウム・ペルシシナム、アクレモニウム・アクレモニウ
ム、アクレモニウム・ブラシペニウム、アクレモニウム・ジクロモスポルム、アクレモニ
ウム・オブクラバタム、アクレモニウム・ピンケルトニエ、アクレモニウム・ロセオグリ
セウム、アクレモニウム・インコロラタム、またアクレモニウム・フラタム；好ましくは
、種フミコラ・インソレンスＤＳＭ１８００、フザリウム・オキシスポルムＤＳＭ２６７
２、ミセリオフトラ・サーモフィラＣＢＳ１１７．６５、セファロスポリウム属の種ＲＹ
Ｍ−２０２、アクレモニウム属の種ＣＢＳ４７８．９４、アクレモニウム属の種ＣＢＳ２
６５．９５、アクレモニウム・ペルシシナムＣＢＳ１６９．６５、アクレモニウム・アク
レモニウムＡＨＵ９５１９、セファロスポリウム属の種ＣＢＳ５３５．７１、アクレモニ
ウム・ブラシペニウムＣＢＳ８６６．７３、アクレモニウム・ジクロモスポルムＣＢＳ６
８３．７３、アクレモニウム・オブクラバタムＣＢＳ３１１．７４、アクレモニウム・ピ
ンケルトニエＣＢＳ１５７．７０、アクレモニウム・ロセオグリセウムＣＢＳ１３４．５
６、アクレモニウム・インコロラタムＣＢＳ１４６．６２、およびアクレモニウム・フラ
タムＣＢＳ２９９．７０Ｈから選択される株によって生成されたものを含む。セルロース
分解酵素は、また、クリソスポリウム属、好ましくは、クリソスポリウム・ロックンオウ
ンズ株から入手できる。さらに、トリコデルマ属（特に、トリコデルマ・ビリデイ、トリ
コデルマ・リーゼイ、およびトリコデルマ・コニンギ）、好アルカリ性バチルス属（例え
ば、米国特許第３，８４４，８９０号および欧州特許第４５８１６２号参照）、およびス
トレプトマイセス属（例えば、欧州特許第４５８１６２号参照）を使用可能である。

発酵剤
発酵に使われる微生物は、天然の微生物、および／または操作された微生物でもよい。例
えば、微生物は、細菌、例えば、セルロース分解細菌、真菌、例えば、酵母、植物または
原生生物、例えば、藻類、原虫類または真菌様原生生物、例えば、変形菌であってもよい
。生物が適合する場合には、生物の混合物を利用可能である。

適した発酵微生物は、炭水化物、例えば、グルコース、キシロース、アラビノース、マ
ンノース、ガラクトース、オリゴ糖または多糖類を発酵生成物に転換する能力を有する。
発酵微生物には、サッカロミセス属の種、例えば、サッカロミセス・セレビシエ（パン酵
母）、サッカロミセス・ディスタティカス、サッカロミセス・ウバルム；クリベロミセス
属、例えば、クリベロミセス・マルキシアヌス種、クリベロミセス・フラジリス種；カン
ジダ属、例えば、カンジダ・シュードトロピカリスおよびカンジダ・ブラシカ、ピキア・
スティピティス（カンジダ・シェハーテの類縁体）、クラビスポラ属、例えば、クラビス
ポラ・ルシタニエ種およびクラビスポラ・オプンティアエ種；パキソレン属、例えば、パ
キソレン・タンノフィルス種；ブレタノミセス属、例えば、ブレタノミセス・クラウセニ
イ種の株を含む（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ、Ｇ．Ｐ．、１９９６、Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｉｎＨａｎｄｂｏｏｋｏｎ
Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ、Ｗｙ
ｍａｎ、Ｃ．Ｅ．、ｅｄ．、Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ
、ＤＣ、１７９−２１２）。

市販品として入手可能な酵母には、例えば、ＲｅｄＳｔａｒ（登録商標）／Ｌｅｓａ
ｆｆｒｅＥｔｈａｎｏｌＲｅｄ（ＲｅｄＳｔａｒ／Ｌｅｓａｆｆｒｅ、ＵＳＡから
入手可能）ＦＡＬＩ（登録商標）（Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓＹｅａｓｔ、Ｂｕｍｓ
ＰｈｉｌｉｐＦｏｏｄＩｎｃ．、ＵＳＡの一部門から入手可能）、ＳＵＰＥＲＳＴ
ＡＲＴ（登録商標）（Ａｌｌｔｅｃｈ、現Ｌａｌｅｍａｎｄから入手可能）、ＧＥＲＴＳ
ＴＲＡＮＤ（登録商標）（ＧｅｒｔＳＴＲＡＮＤＡＢ、Ｓｗｅｄｅｎから入手可能）
およびＦＥＲＭＯＬ（登録商標）（ＤＳＭＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能）、が
含まれる。

細菌、例えば、ザイモモナス・モビリスおよびクロストリジウム・サーモセラムも、ま
た、発酵にも使用可能である（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ、１９９６、前出）。

糖化および／または発酵に適合された微生物
糖化および／または発酵に使われる微生物は、水ソース中の塩分および／または汚染に耐
えるように、遺伝的に適合させることができる。例えば、微生物は、好極限性細菌であっ
てもよい。

一部の例では、微生物は、食塩水条件下で機能するように適合された好塩性または耐塩
性生物である。このような微生物には、好塩菌、例えば、海洋細菌、例えば、アミラーゼ
産生細菌、例えば、シュードアルテロモナス・ウンディナＮＫＭＢ００７４、およびクロ
モハロバクター属の種、例えば、クロモハロバクター種ＴＶＳＰ１０１およびクロモハロ
バクター・ベイジェリンキ、が含まれる。好塩菌の例には、ハロアーキュラ・ヒスパニカ
、ミクロコッカス・ハロビウス、ミクロコッカス・バリアンス亜種、ハロバクテリウム・
サリナルム、ナトロノコッカス種株Ａｈ−３６、ハロモナス・メリディアーナ、およびバ
チルス・ディプソサウリ、が含まれる。他の耐塩性または好塩性微生物には、塩溶液中で
発酵食品に使われるもの、例えば、アスペルギルス・ソーヤ、アスペルギルス・オリゼ、
サッカロマイセス・ロウクスィー、ザイゴサッカロミセス・ロウキシイ、カンジダ・エチ
ェルシー、カンジダ・バーサチルス、およびトルロプシス・バーサチルス、が含まれる。

他の例では、微生物は、代謝的にまたは別の方式で、操作することにより、食塩水およ
び／または汚染水ソース中で機能させることができる。

混合培養液中で複数微生物を組み合わせて利用することが望ましいと思われる。理由は
、このような培養液は、汚染によく耐えることができる場合が多いためである。一部の例
では、微生物の混合物は、水中で混入物を消化するように適合された微生物、例えば、バ
イオレメディエーションで使われる微生物の培養液、ならびに、セルロース系および／ま
たはリグノセルロース系供給原料を糖化するように、および／または糖を発酵させるよう
に適合された微生物を含んでもよい。異なった微生物は、例えば、混合物として、別々に
、または逐次的に添加してもよい。

他の実施形態
多くの本発明の実施形態を説明してきた。にもかかわらず、本発明趣旨および範囲から乖
離せずに様々な修正をなし得ることは理解されよう。

例えば、本明細書で考察したいずれかの処理ステップのプロセスパラメーターは、例え
ば、米国特許出願第１２／７０４，５１９号で開示のように、供給原料のリグニン含量に
基づいて調節できる。この特許の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書記載の全プロセスは、全て１つの物理的場所で行うことが可能であるが、一部
の実施形態では、このプロセスは、複数の場所で完結され、および／または輸送中に実行
可能である。

本明細書記載のいずれかのプロセスで遊離したリグニンは、捕捉して利用可能である。
例えば、リグニンは、プラスチックとして捕捉可能であり、または合成により他のプラス
チックにグレードアップできる。一部の例では、エネルギーソースとして利用する、例え
ば、燃焼して熱を得ることができる。一部の例では、また、リグノスルホン酸塩に転換す
ることができ、これは、結合剤、分散剤、乳化剤または捕捉剤として利用できる。

出発供給原料中のリグニン含量の測定値は、このようなリグニン捕捉プロセスのプロセ
ス制御に使用可能である。

結合剤として使う場合には、リグニンまたはリグノスルホン酸塩は、例えば、練炭に、
セラミックスに、カーボンブラックの結合に、肥料および除草剤の結合に、粉塵抑制剤と
して、ベニヤ合板およびパーティクルボードの製作に、動物の飼料の結合に、ガラス繊維
の結合剤として、リノリウムペーストの結合剤として、さらに、土壌安定剤として、利用
できる。

分散剤として、リグニンまたはリグノスルホン酸塩は、例えば、コンクリート混合、粘
度およびセラミックス、染料および顔料、革なめし、および石膏ボードに、使用可能であ
る。

乳化剤として、リグニンまたはリグノスルホン酸塩は、例えば、アスファルト、顔料お
よび染料、殺虫剤ならびにろう乳剤に使用可能である。

捕捉剤として、リグニンまたはリグノスルホン酸塩は、例えば、微量栄養素システム、
例えば、ボイラーや冷却システム用洗浄化合物および水処理システムに使用可能である。

加熱ソースとして、リグニンは、一般的に、ホロセルロースより多い炭素を含むので、
ホロセルロース（セルロースやヘミセルロース）より高いエネルギー含量である。例えば
、ドライリグニンは、ホロセルロース７，０００〜８，０００ＢＴＵ／ｌｂに比較して、
約１１，０００〜１２，５００ＢＴＵ／ｌｂのエネルギー含量を有しうる。このように、
リグニンは、圧密して、燃焼用ブリケットおよびペレットに転換できる。例えば、リグニ
ンは、本明細書記載の方法のいずれかによりペレットに変えることができる。緩慢燃焼ペ
レットやブリケット用として、例えば、約０．５Ｍｒａｄ〜５Ｍｒａｄの照射線量を適用
してリグニンを架橋できる。架橋により、緩慢燃焼形状因子を作ることができる。形状因
子、例えば、ペレットまたはブリケットは、空気のない条件下、例えば、４００〜９５０
℃で熱分解して、「合成石炭」または木炭に転換できる。熱分解の前にリグニンを架橋し
て構造の完全性を維持することが望ましい。

本発明は、以下の態様をも含むものである。
＜１＞リグノセルロース系供給原料を提供することと、
ＮａＣｌ濃度が３０〜５０ｐｐｔである食塩水に前記供給原料を組み合わせることと、
前記食塩水中で、セロビアーゼを含む酵素（ただし、ペスタロティオプシス（Ｐｅｓｔａｌｏｔｉｏｐｓｉｓ）ｓｐ．ＡＮ−７から得られたセルラーゼ製剤を除く）を用いて、前記供給原料をグルコースに糖化することと、
を含む方法（ただし、セルロースに糖化酵素を添加し一次加水分解した後、該一次加水分解物を一次糖液と固形物に固液分離し、前記固形物に加水し、二次加水分解する工程を除く）。
＜２＞前記供給原料が、処理されて、扱いにくさが低減されている、＜１＞に記載の方法。
＜３＞前記供給原料を水溶液中の微生物と接触させることをさらに含む、＜１＞に記載の方法。
＜４＞前記微生物が、食塩水中で機能するように適合されている、＜３＞に記載の方法。
＜５＞食塩水を処理してその塩分を減らし、水溶液中の処理された水を利用することをさらに含む、＜３＞に記載の方法。
＜６＞前記供給原料が、機械的処理、照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせ、からなる群より選択される物理的処理で処理されている、＜２＞に記載の方法。
＜７＞前記供給原料が、切断、粉砕、摩砕、加圧、剪断、およびチョッピング、からなる群より選択される機械的処理で処理されている、＜６＞に記載の方法。
＜８＞前記リグノセルロース系供給原料が、紙、紙製品、木材、木材関連材料、草、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、マニラ、麦わら、トウモロコシの穂軸、ココナツ繊維、合成セルロース、およびこれらの混合物、からなる群より選択される、＜１＞に記載の方法。
＜９＞前記微生物が、海洋微生物を含む、＜４＞に記載の方法。
＜１０＞前記微生物が、遺伝子操作された微生物を含む、＜４＞に記載の方法。

Claims

食塩水のおよび／または汚染された水ソースを利用して、セルロース系またはリグノセ
ルロース系供給原料を中間体または製品に転換するステップを含む方法。
供給原料が、処理されて、扱いにくさが低減されている請求項１に記載の方法。
供給原料を中間体または製品に転換するステップが、供給原料を水溶液中の微生物と接
触させるステップを含む請求項１に記載の方法。
微生物が、食塩水または汚染水中で機能するように適合されている請求項３に記載の方
法。
水ソースを処理してその塩分または汚染を減らし、水溶液中の処理水を利用するステッ
プをさらに含む請求項３に記載の方法。
水ソースが、海水または半塩水を含む請求項１に記載の方法。
水ソースが、廃水、生活排水、または収集雨水を含む請求項１に記載の方法。
水ソースが、微生物汚染淡水を含む請求項１に記載の方法。
供給原料が、機械的処理、照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、お
よびこれらの組み合わせ、からなる群より選択される物理的処理で処理されている請求項
２に記載の方法。
供給原料が、切断、粉砕、摩砕、加圧、剪断、およびチョッピング、からなる群より選
択される機械的処理で処理されている請求項９に記載の方法。
バイオマス供給原料が、紙、紙製品、木材、木材関連材料、草、もみ殻、バガス、綿、
ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、マニラ、麦わら、トウモロコシの穂軸、ココナツ
繊維、藻類、海藻、微生物資材、合成セルロース、およびこれらの混合物、からなる群よ
り選択されるいる請求項１に記載の方法。
微生物が、海洋微生物を含む請求項４に記載の方法。
微生物が、操作された微生物を含む請求項４に記載の方法。