KR20130140694A - 향상된 효소 접근성을 갖는 전처리된 바이오매스 - Google Patents

향상된 효소 접근성을 갖는 전처리된 바이오매스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증기 폭쇄된 5 및 6 탄소 당, 리그닌, 및 셀룰로오즈의 바이오매스 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 가수분해 동안 24 시간에서 매우 높은 효소 접근성을 갖는다.

Description

향상된 효소 접근성을 갖는 전처리된 바이오매스 {Pre-treated biomass having enhanced enzyme accessibility}
본 발명은 에너지 생산에서 가수분해될 수 있는 바이오매스 (biomass)의 사용에 관한 것이다.
2세대 에탄올 공정에서 바이오매스의 사용은 알려져 있다. 통상적인 공정은 적어도 스팀 폭쇄 (steam explosion)로 상기 바이오매스를 전-처리하고, 효소 존재하에서 상기 셀룰로오즈를 가수분해한 다음, 상기 최종 생성물을 에탄올로 발효시킨다. 개념상의 공정 단계를 갖는 가능한 전처리 장비 배치는 WO 2009/108773호에 개시되어 있다. WO 2009/108773호가 장비를 제공하는 반면, 이것은 상기 바이오매스를 처리 또는 실행하기 위한 운전가능한 상세한 설명은 제공하지 않는다.
지난 연구의 촛점은 가수분해 단계가 더 빠르게 진행할 수 있도록 셀룰로오즈를 가수분해하기 위한 더 좋은 효소를 개발 또는 선택해왔다. 그러나, 매우 드문 작업 또는 연구는 상기 효소에 좀더 접근가능한 방식으로 상기 바이오매스의 처리에 대해 행해져왔다. 상기 물질이 가수분해 전에 좀더 접근가능 할수록, 상기 가수분해 반응은 좀더 빠르고, 효소의 사용이 감소하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 바이오매스 공급원료 (feedstock)에 대한 요구는 상기 바이오매스 공급원료의 전에 형성된 것보다 더 높은 효소 접근성 (accessibility)을 갖는 것이다.
본 명세서에서 기술된 것은 고체, 액체, 아라비난 (arabinan) 및 크실란 (xylan)의 양 및 상기 조성물의 액체 및 고체에서 아라비노스 (arabinose) 및 크실로스 (xylose)의 모노머, 다이머, 올리고머 및 중합체에 의존한 C5 당의 양, 상기 조성물 및 퍼퓨랄 (furfural)의 액체 및 고체에서 글루칸의 모노머, 다이머, 올리고머 및 중합체를 포함하는 상기 글루칸 함량에 의존하는 C6 당의 양을 포함하는 바이오매스의 조성물이고, 여기서 상기 조성물은 적어도 30%의 24 시간 효소 접근성을 갖는 것을 더욱 특징으로 한다.
본 발명은 C6 당의 양에 대한 C5 당의 양의 비가 0.50 초과이고, 함께 첨가된 C5 당 및 C6 당의 양에 대한 퍼퓨랄의 양의 비는 0 초과 및 0.0060 이하인 것을 더욱 개시한다.
본 발명은 함께 첨가된 C5 당 및 C6 당의 양에 대한 상기 퍼퓨랄의 양의 비는 0 초과 및 0.0050 이하이고, 또는 더욱 바람직하게는 0 초과 및 0.0040 이하; 또는 좀더 바람직하게는 0 초과 및 0.0030 미만 또는 가장 바람직하게는 0 초과 0.0016 이하인 것을 더욱 개시한다.
본 발명은 상기 조성물에서 고체의 양이 조성물의 11 내지 99 중량% 범위; 더욱 바람직하게는 조성물의 14 내지 99 중량% 범위, 좀더 바람직하게는 조성물의 16 내지 99 중량% 범위, 가장 바람직하게는 조성물의 19 내지 99 중량% 범위, 조성물의 21 내지 99 중량%, 조성물의 24 내지 99 중량%, 조성물의 26 내지 99중량%, 조성물의 29 내지 99 중량%, 조성물의 31 내지 99중량%, 조성물의 36 내지 99 중량%, 및 조성물의 41 내지 99중량%인 것을 더욱 개시한다.
본 발명에 따라 전처리된 바이오매스는 향상된 효소 접근성을 갖는다.
식물 바이오매스는 발효 공정을 위한 바람직한 공급원료이다. 다음의 제공된 것은 높은 효소 접근가능한 스트림에 대한 바람직한 공급원료이다.
전분은 예외로 하고, 식물성 바이오매스의 3대 주요 성분은 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈 (hemicellulose) 및 리그닌 (lignin)이고, 이는 통상적으로 일반 용어 리그노셀룰로오즈 (lignocellulose)로 언급된다. 일반 용어로서 다당류-함유 바이오매스는 전분 및 리그노셀룰로오스 바이오매스 모두를 포함한다. 따라서, 전처리를 위한 공급원료의 몇 가지 타입은 식물성 바이오매스, 다당류 함유 바이오매스, 및 리그노셀룰로오스 바이오매스일 수 있다.
만약 상기 바이오매스가 다당류-함유 바이오매스이고, 이것이 리그노셀룰로오스라면, 상기 전-처리는 상기 리그노셀룰로오스 성분의 구조가 효소에 좀더 접근가능하게 제공되며, 동시에 아세트산, 퍼퓨랄 (furfural) 및 하이드록시메틸 퍼퓨랄 (hydroxymethyl furfural)과 같은 해로운 억제성 부산물의 농도를 실질적으로 낮게 유지하는 것을 보장하기 위해 종종 사용된다.
본 발명에 따른 다당류-함유 바이오매스는 중합체성 당류 (polymeric sugars), 예를 들어, 전분뿐만 아니라 정제된 전분, 셀룰로오즈 및 헤미셀룰로오즈의 형태를 함유하는 어떤 물질을 포함한다.
본 발명에 따른 전처리 및 혼합을 위한 바이오매스의 관련 타입은, 예를 들어, 알곡 및 정제된 전분을 함유하는 전분과 같은 농작물; 예를 들어, 쌀, 밀, 호밀, 귀리, 보리, 유채, 사탕 수수로부터의 대, 버개스 (bagasse), 지푸라기; 예를 들어, Pinus sylvestris , Pinus radiate의 침엽수; 예를 들어, alix spp . Eucalyptus spp의 활엽수; 예를 들어, 비트 (beet), 감자와 같은 구근 (tuber); 예를 들어, 쌀, 밀, 호밀, 귀리, 보리, 유채, 사탕 수수, 옥수수로부터 온 씨리얼; 폐 종이, 바이오가스 공정에서의 섬유 분획, 분뇨, 팜 오일 공정에서의 잔유물, 도시 고형 폐기물 (municipal solid waste) 또는 그와 유사한 것으로부터 유도된 바이오매스를 포함할 수 있다.
상기 리그노셀룰로오스 바이오매스 공급원료는 바람직하게 일반적으로 풀이라고 불리는 풀과 (family)로부터 유래한다. 적절한 명칭은 개화 식물의 릴리오포시다 군 (Class Liliopsida) (외떡잎)에서 화분과 (Poaceae) 또는 벼과 (Gramineae)로 알려진 과이다. 이런 과의 식물은 일반적으로 풀로 불리고, 또는 진정한 풀인 다른 그라미노이드 (graminoids)와는 다르다. 대나무는 또한 포함된다. 약 600 속 (genera) 및 풀의 약 9,000-10,000 이상의 종 (Kew Index of World Grass Species)이 있다.
화분과 (Poaceae)는 세계에서 재배된 주요 곡물 및 씨리얼 곡물, 잔디 및 사료 마초, 및 대나무를 포함한다. 화분과는 일반적으로 잎이 자라는 대 (culm)에 따른 지점인, 소위 노드 (node )의 간격에서 막힌, 대 (culm)로 명명되는 속이 빈 줄기를 갖는다. 풀 잎은 통상 선택적으로, (한 평면에서) 2분된 ( distichous ) 또는 드물게 나선형, 및 평행-줄 무늬 (parallel-veined)가 있다. 각각의 잎은 전반적으로 마진 (margins)을 갖는 블레이드 (blade ) 및 간격에 대해 줄기를 감싸는 하부 잎집 (sheath)으로 분화된다. 많은 풀의 잎 블레이드는 초식 동물의 섭취를 방해하는 실리카 식물석 (silica phytoliths)으로 단단해진다. (층꽃 억새 (sword grass)와 같은) 몇몇 풀에 있어서, 이것은 사람 피부를 충분히 벨 수 있는 날카로운 풀 블레이드의 가장자리를 만든다. 소위 잎혀 (ligule)인, 헤어 (hairs)의 막질의 부속물 또는 가장자리는, 잎집으로 침투하는 물 또는 곤충을 방해하는, 잎집 및 블레이드 사이에 접합에 자리한다.
풀 블레이드는 상기 블레이드의 기초에서 성장하고, 연장된 줄기 팁으로부터는 아니다. 이러한 저부의 성장점은 초식 동물에 대한 반응으로 진화된 것이고, 상기 식물에 심각한 손상 없이 정기적으로 목초 또는 벌초를 허용한다.
화분과의 꽃은 하나 이상의 작은 통꽃 (florets)을 갖는 각각의 작은 수상화인, 작은 수상화들 (spikelets)에서 특징적으로 배열된다 (상기 작은 수상화 (spikelets)는 원추 꽃차례 (panicles) 또는 수상 꽃차례 (spikes)로 더욱 그룹화된다). 작은 수상화는 토대에서 두 개 (또는 때때로 더 적게) 포엽 (bracts), 소위 영포 (glumes)로 이루어지고, 하나 이상의 통꽃이 수반된다. 통꽃은 포엽 (lemma) (외부 것) 및 내화영 (palea) (내부의 것)으로 명명된 두개의 포엽에 의해 감싸여진 꽃으로 이루어진다. 상기 꽃은 일반적으로 자웅동체 (hermaphroditic) (옥수수 (maize), 자화동주 (monoecious)는 예외)이고, 수분 (pollination)은 거의 항상 풍매 (anemophilous)이다. 화피 (perianth)는 포엽 및 내화영을 퍼트리기 위해 팽창 및 수축하는, 소위 인피 (lodicules), 두 배의 스케일로 감소되고; 이들은 일반적으로 수정된 꽃받침 조각으로 설명된다.
화분과의 과실은 씨앗 껍질 (seed coat)이 상기 과실 외피 (fruit wall)에 융합되는 곡과 (caryopsis)이고, 따라서, (옥수수 낟알과 같이) 이것으로부터 분리가능하지 않다.
풀에 존재하는 성장 습관 (growth habit)의 세가지 일반적인 분류가 있는데; 번치-타입 (bunch-type) (또한 소위 군생 (caespitose)), 포복지 (stoloniferous) 및 뿌리줄기 (rhizomatous))이다.
상기 풀의 성과는 이들의 모폴로지 및 성장 과정에서 일부분 및 이들의 생리적 다양성에서 일부분에 달려있다. 대부분의 풀은 탄소 고정화 (carbon fixation)을 위한 C3 및 C4 광합성 경로를 사용하여, 두가지 생리학적 그룹으로 분류된다. 상기 C4 풀은 열대 기후 및 이산화탄소의 낮은 대기에서 이들을 특히 적응하는 특화된 크란즈 (Kranz) 잎 해부학과 연결된 광합성 경로를 갖는다.
C3 풀은 C4 식물이 "난지형 풀 (warm season grasses)"로 고려되는 반면, "한지형 풀 (cool season grasses)"로 간주된다. 풀은 일년생 또는 다년생일 수 있다. 일년생 한지형의 예로는 밀, 호밀, 일년생 블루글래스 (일년생 왕포아풀 (meadowgrass), 포아 아누아 (Poa annua) 및 귀리)이다. 다년생 한지형의 예는 새발풀 (orchardgrass) (오리새 (cocksfoot), 닥틸리스 글로머라타 (Dactylis glomerata)), 김의털 (fescue) (Festuca 종), 켄터키 블루 그래스 (Kentucky Bluegrass) 및 다년생 라이그래스 (perennial ryegrass) (Lolium perenne)이다. 일년생 난지형의 예는 옥수수, 수단그래스 (sudangrass) 및 펄 밀렛 (pearl millet)이다. 다년생 난지형의 예는 빅 블루스템 (big bluestem), 인디안풀 (indiangrass), 버뮤다풀 (bermudagrass) 및 스위치풀 (switchgrass)이다.
상기 풀 과의 한 분류는 12개의 아과 (subfamilies)를 갖는다: 이것은 두 반구 (hemispheres)의 온대지역에서 자연적인, 풀의 약 500종의 속인 포아풀 (Poa)을 갖는, 1) 두 개의 속 (genera) (Anomochloa, Streptochaeta)을 포함하는 넓은-잎 풀의 작은 계통인, 아노모크로이다아제 (anomochlooideae); 2) Pharus 및 Leptaspis을 포함하는 세가지 속을 포함하는 풀의 작은 계통인, 파로이다아제 (Pharoideae); 3) 상기 아프리카 속 Puelia을 포함하는 작은 계통인, 푸에리오이다아제 (Puelioideae); 4) 밀, 보리, 귀리, 참새귀리-잔디 (Bronnus) 및 갈대-목초 (Calamagrostis)를 포함하는 푸오이다아제 (Pooideae); 5) 대나무를 포함하는 밤부소이다아제 (Bambusoideae); 6) 쌀, 및 팥 수수를 포함하는, 일하루토이다이제 (Ehrhartoideae); 7) 물대 (giant reed) 및 보통 갈대 (common reed)를 포함하는, 아룬디노이다아제 (Arundinoideae); 8) 파니코이다아제 (Panicoideae)에서 포함된 11 속의 작은 아과인, 센토티에코디아제 (Centothecoideae); 9) 러버그래스 (lovegrasses) (Eragrostis, ca. 테프 (teff)를 포함하는 350 종), 드롭시드 (dropseeds) (Sporobolus, 약 160 종), 핑거 밀렛 (finger millet) (Eleusine coracana (L.) Gaertn.), 및 머흐리 글라스 (muhly grasses) (Muhlenbergia, ca. 175 종)을 포함하는 클로리도이데애 (Chloridoideae); 10) 패닉 풀, 옥수수, 수수, 사탕 수수, 대부분의 기장 (millets), 포니오 (fonio) 및 나도기름새 (bluestem)의 풀을 포함하는 파니코이다아제 (Panicoideae); 11) 미크라이로이디아제 (Micrairoideae); 12) 팜파스 그래스 (pampas grass)를 포함하는 단토니오디아제 (Danthoniodieae);이다.
이들의 식용가능한 씨앗을 재배한 농작 풀은 소위 씨리얼이다. 세 가지 보통 씨리얼은 쌀, 밀, 및 옥수수 (콘)이다. 모든 곡물의 70%는 풀이다.
사탕수수 (Sugarcane)는 당 생산의 주요 소스이다. 풀은 건설 부분에 사용된다. 대나무로부터 제조된 발판 (Scaffolding)은 강철 발판을 파괴할 수 있는 태풍 힘을 견딜 수 있다. 더 큰 대나무 및 아룬도 풀 (Arundo donax)은 목재 (timber)와 유사한 방식에서 사용될 수 있는 단단한 줄기 (stout culm)를 갖고, 풀 뿌리는 잔디를 씌운 집의 잔디를 안정화시킨다. 아룬도는 목관악기 (woodwind instrument)용 갈대를 만들기 위해 사용되고, 대나무는 다수의 도구로 사용된다.
따라서 바람직한 리그노셀룰로오스 바이오매스는 상기 풀로 이루어진 군으로부터 선택된다. 선택적으로, 상기 바람직한 리그노셀룰로오스 바이오매스는 화분과 (paceae) 또는 벼과 (Gramineae) 군에 속하는 식물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
만약 상기 다당체-함유 바이오매스는 리그노셀롤로오즈이고, 상기 물질은 전-처리 전에, 바람직하게는 26-70 mm 이내의 범위의 20% (w/w)인 조각으로 절단될 수 있다. 상기 전-처리된 물질은 바람직하게는 상기 공정에 들어가기 전에 약 20% 이상의 건조 물질 (dry matter) 함량을 갖는다. 상기 바이오매스로부터 탄수화물을 유리시키는 (liberating)것 이외에, 상기 전처리 공정은 상기 바이오매스를 멸균 및 부분적으로 용해시키고, 동시에 상기 리그닌 분획으로부터 염화칼슘을 세척한다.
상기 바이오매스는 상기 바이오매스의 가수분해로부터 얻어질 수 있는 수용성 종으로 가수분해가능한 몇몇 화합물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오즈는 글루코오즈, 셀로비오스 (cellobiose), 및 더 높은 글루코오즈 중합체일 수 있고 다이머 및 올리고머를 포함할 수 있다. 셀룰로오즈는 탄수화물가수분해성 셀룰라아제 (carbohydrolytic cellulases)에 의해 글루코오즈로 가수분해된다. 상기 셀룰로오즈를 가수분해하는 시스템 (cellulolytic system)으로 널리 알려진 것은 세 부류로 셀룰라아제를 분류하는데; 셀룰로오즈 사슬의 말단으로부터 셀로비오스 단위를 절단하는, 엑소-1,4-β-D-글루카나아제(exo-1,4-β-d-glucanase)(CBH) (EC 3.2.1.91); 셀룰로오즈 사슬에서 내부 β-1,4- 글루코오즈 결합을 무자기로 가수분해하는, 엔도-1,4-β-D-글루카나아제(endo-1,4-β-d-glucanases) (EG) (EC 3.2.1.4); 글루코오즈에 셀로비오스를 가수분해하고, 또한 셀로올리고다당류 (cellooligosaccharides)로부터 글루코오즈 단위를 절단하는, 1,4-β-D-글루코시다아제 (1,4-β-D-glucosidase) (EC 3.2.1.21)이다. 따라서, 만약 상기 바이오매스가 셀룰로오즈를 함유한다면, 그 다음 글루코오즈는 상기 바이오매스의 가수분해로부터 얻어질 수 있는 수용성 가수분해된 종이다.
유사한 분석에 의해, 헤미셀룰오로즈의 가수분해 생성물은 물론 가정이지만, 상기 바이오매스가 헤미셀룰로오즈를 함유하는, 상기 바이오매스의 가수분해로부터 얻어질 수 있는 수용성 종이다. 헤미셀룰로오즈는 크실란, 글루쿠로노크실란 (glucuronoxylan), 아라비노크실란 (arabinoxylan), 글루코만난 (glucomannan), 및 크실로글루칸 (xyloglucan)을 포함한다. 헤미셀룰로오즈에서 다른 당은 헤미셀룰라아제에 의해 유리화된다. 상기 헤미셀룰로오즈를 가수분해하는 시스템 (hemicellulytic system)은 헤미셀룰로오즈의 이종 특성 (heterologous nature) 때문에 셀룰로오즈를 가수분해하는 시스템보다 더 복잡하다. 상기 시스템은 상기 크실란 사슬에서 내부 결합을 가수분해하는, 엔도-l,4-β-D-크실라나제 (endo-l,4-β-D-xylanases) (EC 3.2.1.8); 비-환원 말단 (non-reducing end)으로부터 크실로올리고다당류를 공격하고 크실로스를 유리하는, 1,4-β-D-크실로시다아제 (1,4-β-D-xylosidases) (EC 3.2.1.37); 내부 결합을 절단하는, 엔도-1,4-β-D-만난아제 (endo-l,4-β-D-mannanases) (EC 3.2.1.78); 만노오즈에 만노올리고다당류를 절단하는, 1,4-β-D-만난아제 (1,4-β-D-mannosidases) (EC 3.2.1.25)중에서 포함될 수 있다. 상기 측쇄 기 (side group)는 α-D-갈락토시다아제 (α-D-galactosidases) (EC 3.2.1.22), α-L-아라비노퓨라노시다아제 (α-L-arabinofuranosidases) (EC 3.2.1.55), α-D-글루쿠로다아제 (α-D-glucuronidases) (EC 3.2.1.139), 시나모일 에스터라아제 (cinnamoyl esterases) (EC 3.1.1.-), 아세틸 크실란 에스터라아제 (EC 3.1.1.6) 및 페루로일 에스터라아제 (feruloyl esterases) (EC 3.1.1.73)와 같은 다수의 효소에 의해 제거된다.
상기 접근가능한 전-처리된 바이오매스의 조성물은 액체 및 고체를 포함할 수 있고, 이것의 C5, C6, 퍼퓨랄 양 및 효소 접근성의 기초를 특징으로 할 수 있다.
상기 조성물에서 총 C5's는 상기 조성물의 액체 및 고체에서 아리비노스 및 크실로스의 모노머, 다이머, 올리고머, 및 중합체를 포함하는 상기 조성물의 아라비난 및 크실란의 합이다.
상기 조성물에서 총 C6's는 상기 액체 및 고체에서 글루코오즈의 모노머, 다이모, 올리고머 및 중합체를 포함하는 글루칸 함량이다.
문헌에서 알려진 바와 같이, 통상적인 스팀 폭쇄된 바이오매스는 C5's 대 C6's 의 비가 0.55 초과하는, 적어도 50의 퍼퓨랄 대 [C5's + C6's] × 10000의 비를 갖는다. 상기 실험적 스트림에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 기술된 공정은, 항상 존재하지만, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비가 60 미만을 갖는, 0 초과 퍼퓨랄 함량을 갖는 스팀 폭쇄된 생성물을 생성할 수 있다. 따라서, 0.45 내지 0.54의 범위에서 C5's 대 C6's의 비, 및 0 내지 60 사이의 퍼퓨랄 대 [C5's + C6's] × 10000의 비, 또는 더욱 바람직하게는, 0 내지 50 사이, 좀더 바람직하게는 0 내지 30 사이를 갖는 조성물이 완성된다.
상기 스팀 폭쇄로부터 조성물은 항상 퍼퓨랄을 갖고 C5's 대 C6's의 비가 0.45 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 40 미만, 또는 더 바람직하게는 C5's 대 C6's의 비가 0.45 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 15 미만, 또는 좀더 바람직하게는 C5's 대 C6's의 비가 0.45 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 10 미만; 또는 더 바람직하게는 C5's 대 C6's의 비가 0.40 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 40 미만, 또는 좀더 바람직하게는 C5's 대 C6's의 비가 0.40 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 9 미만, C5's 대 C6's의 비가 0.35 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 10 미만, 또는 좀더 바람직하게는 상기 C5's 대 C6's의 비가 0.30 미만이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 7 미만을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 스트림의 액체 부분의 조성물은 독특한데, 항상 퍼퓨랄을 갖고, C5's 대 C6's의 비가 4.0 초과이고 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 80 미만, 또는 더 바람직하게는 C5's 대 C6's의 비가 4.0초과이고 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 60 미만, 또는 더욱 바람직하게는 C5's 대 C6's의 비가 4.0 초과이고 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 30 미만, 또는 C5's 대 C6's의 가장 넓은 범위의 비가 3.0 초과이고, 퍼퓨랄 대 (C5's + C6's) × 10000의 비는 160 미만을 갖는 것으로 설명될 수 있다.
상기 조성물은 이의 효소 접근성을 더욱 특징으로 한다. 전처리 후에, 상기 스팀 폭쇄는 일반적으로 마지막 단계이며, 상기 바이오매스 조성물은 상기 셀룰로오즈를 단위체로 해중합시켜 (depolymerizing) 상기 점도를 감소시키는 가수분해 단계로 보내진다. 이것은 통상적으로 효소존재하에서 수행된다. 반응이 빠를 수록 셀룰로오즈 물질이 효소에 좀더 접근가능하고, 이것이 용어 효소접근성이다.
상기 가수분해 공정에 있어서, 효소 접근성은 표준 효소가 얼마나 빠르게 셀룰로오즈 성분을 가수분해할 수 있는지에 대한 측정이다. 상기 효소 접근성은 설정된 시간에서 전환된 총 양의 셀룰로오즈의 퍼센트로 표시된다.
통상적인 바이오매스 조성물에 있어서, 상기 효소 접근성은 약 72 시간에서 90%이다. 이것은 상기 총 이용가능한 셀룰로오즈 물질의 90%를 가수분해하기 위해 약 72 시간이 소요된다는 것을 의미한다. 더 높은 효소 접근성은 더 짧은 시간에 더 많은 셀룰로오즈 물질을 전환하는 것을 의미한다. 상기 효소 접근성은 또한 단위시간에 퍼센트로써 표시될 수 있다. 예를 들어, 24 시간에 50%의 효소 접근성은 상기 유용한 셀룰로오즈의 50%가 24시간에 전환된다는 것을 의미한다. 이것은 또한 24시간에 50% 효소 접근성 또는 24 시간 효소 접근성 50%로 표시될 수 있다.
상기 문구 24시간에서 효소 접근성의 적어도 30%, 24시간에서 적어도 30% 효소접근성, 24 시간 효소접근성 적어도 30% 모두는 상기 셀룰로오즈의 30% 내지 100%가 24 시간에서 전환된다는 것을 의미한다.
본 발명의 조성물이 이런 높은 효소 접근성을 갖는 이유에 대해서는 알려진바 없지만, 밸브의 직경에 대한 상기 스팀 폭쇄의 길이가 더 높은 접근성 수 (numbers)를 생성하는 것으로 믿어진다.
상기 실험적 부분에서 입증된 바와 같이, 이런 물질의 효소 접근성은 24 시간동안 적어도 30%의 셀룰로오즈를 가수분해한다는 것이다. 바람직한 조성물은 적어도 50%의 24 시간 효소 접근성을 가지며, 더 바람직한 조성물은 적어도 61%의 24 시간 효소 접근성을 갖고, 더욱 바람직한 조성물은 적어도 71%의 24 시간 효소 접근성을 가지며, 또 다른 바람직한 조성물은 적어도 75%의 24 시간 효소 접근성을 가지며, 또 다른 바람직한 조성물은 적어도 81%의 24 시간 효소 접근성을 가지며, 다른 바람직한 조성물은 적어도 91%의 24 시간 효소 접근성을 가지며; 가장 바람직한 조성물은 적어도 90%의 24 시간 효소 접근성을 갖는다. 모든 24 시간 효소 접근성 측정은 30 FPU/g 글루칸에 등가의 양으로 상기 효소를 사용하여 행해진다.
상기 조성물은 Andritz Inc., Glen Falls, NY, USA로부터 일반적으로 활용되는 장비를 사용하여 다음의 방식으로 제조된다.
상기 실험적 부분에서 기술된 바와 같이, 상기 사용된 셀룰로오즈성 바이오매스 물질의 공급원료는 실험 표에 확인된 것이다. 별도의 언급이 없는 한, 상기 공급 원료는 제1 가압 반응기 (pressurized reactor)에 연속적으로 공급된다. 상기 셀룰로오즈성 바이오매스 공급원료는 주로 C5s인, 상기 헤미-셀룰로오즈를 용해 및 가수분해시키는 것에 표시된 것과 같은 압력 및 온도에서 스팀의 표시된 양의 비율로 스팀을 첨가시켜 처리된다. 상기 액체 스팀은 용해된 헤미-셀룰로오즈, C5s 및 무정형의 C6s으로 구성되고, 가수분해 부산물은 상기 가압 반응기로부터 액체로 추출된다.
상기 반응기에서 공급 원료로부터 용액 (liquor)으로 제거된 C5-당 부산물의 예로는: 알데하이드 (aldehydes) (HMF, 퍼퓨랄 및 포름알데하이드), 모노머성 페놀 (바닐린 (vanillin) 및 코니페릴알데하이드 (coniferylaldehyde)) 및 (아세트산 및 포름산과 같은) 산을 포함한다. 상기 제1 반응기로부터 용해된 헤미-셀룰로오즈의 제거 후에, 상기 잔여 공급 원료는 밀봉 (sealing) 또는 추출 (extraction)을 위해 상기 제1 반응기로부터 방출된다. 상기 잔여 공급 원료는 가압되고, 방출 스크류 (discharge screw)를 통해 드레인 스크류 (drain screw)로 상기 제1 반응기로부터 Andritz (MSD) Impressafiner®로 이동된다. 상기 Impressafiner는 상기 제1 반응기에 압력 이상 수준 및 스팀 폭쇄를 위한 적절한 수준까지 상기 공급원료에 적용된 압력을 증가시키고, 또한 상기 증가된 압력만큼 액체는 더 제거된다.
상기 스팀 폭쇄 반응기는 물로 공급원료를 우러나도록 실행된다. 상기 표시된 시간에서 공급원료를 유지한 후에, 상기 공급 원료는 상기 스팀 폭쇄 반응기로부터 10mm 리듀서 (reducer)를 통해 방출되고, 이에 의해 큰 수집 용기에서 대기압에 노출되기 전에 5m 길이를 갖는 15mm의 블로우 라인 (blow line)으로 25mm 직경의 블로우 밸브를 통해 통과한다.
상기 방출은 다음과 같이 수행된다 - 상기 스팀 폭쇄 반응기의 방출에서 공급 원료의 압력은 표시된 바와 같고, 상기 스팀 폭쇄 반응기에 부착된 블로우-밸브를 통해 상기 공급원료를 통과시켜 대기압까지 극적으로 감소된다. 상기 블로우-밸브를 가로지르는 압력 강하 (pressure drop)는 압력으로 표시된 강하이다. 상기 공급원료의 셀 (cells)에서 물의 스팀으로 전환은 상기 셀룰로오즈성 바이오매스 공급 원료에서 셀의 분쇄 폭쇄 (shredding explosion)를 생성한다.
상기 스팀 폭쇄 반응기의 방출에서 공급 원료 압력은 표시된 바와 같고, 상기 압력은 대기압까지 감소한다.
실험
이들 실험의 목적은 물리화학적인 처리 (physicochemical treatment) ("전처리")에 의해 생산하는 것이고, 그 다음 물질은 효소 가수분해 및 발효에 의해 바이오에탄올 (bioethanol)로 전환될 수 있다. (이하 "전처리된"으로 명명된) 상기 물질은 다양한 요구조건을 만족시켜야 한다. 따라서, 화학적 관점으로부터, 이것은 상기 출발 물질 (공급 원료)에 대해 계산된, 발효가능한 C5 및 C6 당의 가능한 가장 많은 양을 함유한다. 물리적 관점으로는, 상기 바이오매스는 해중합될 수 있는 상기 셀룰로오즈에 효소의 접근을 방해하는 엉킨 헤미셀룰로오즈 및 리그닌 네트워크를 파괴시켜 전처리에서 구조가 파괴되어야 한다.
상기 전처리의 효과는 이런 두 가지 관점을 기초로 평가된다. 상기 화학적 효과에 관련하여, 하기 기재된 데이터는 얻어진 생성물, 즉 C5 및 C6 당의 양 및 주요 분해 산물로써 형성된, 퍼퓨랄의 양에 대한 통상적인 파라미터를 나타낸다.
대조적으로, 상기 물리적 효과는 오직 직접적으로, 즉 상기 효소 접근성 즉, 상기 전처리된 고체에 존재하는 글루칸이 표준 조건하에서 얼마나 효소에 접근가능한가를 결정하여 평가한다.
비교를 위하여, 이하 기재된 데이터는 또한 외부로부터 수행된 몇몇 실험에서 결정된 대응 파라미터를 포함한다.
사용된 장치
상기 전처리는 배치식 (batchwise) 및 연속식 (continuously)으로 작동하는, 두가지 다른 타입의 장치에서 수행된다.
상기 배치 방법을 위해 사용된 장치는 볼 밸브의 도움을 받아 폐쇄될 수 있는 파이프에 의해 600-d㎥ 팽창 용기 (expansion vessel)에 연결된, 10 d㎥의 용량을 갖는 절연 반응기 (insulated reactor)이다. 상기 반응기는 상부에 상기 바이오매스에 대한 주입구 (inlet) 및 또한 상부에 위치된 두 개의 스팀 주입구를 갖는다. 상기 반응기로 도입된 스팀은 유압 작동기 (pneumatic actuator)의 수단에 의해, 조절 패널 (control panel)로부터 조절된다. 상기 스팀의 압력은 수동 밸브 (manual valve)에 의해 조절되지만 낮게 유지된다. 상기 반응기는 또한 버터플라이 밸브 (butterfly valve)를 갖춘 벤트 (vent)가 장착된다. 후자는 수동으로 작동된 탭 (tap)의 도움으로 조절된다. 마지막으로, 상기 반응기는 또한 응축된 공기를 위한 주입구를 갖으며, 이것 또한 수동으로 조절된다. 한편, 전술한 상기 팽창 용기는 통기관 (breather pipe)에 의해 외부로 연결되고, 외부의 냉각 재킷 (cooling jacket)과 접촉하는 시간을 최대화하는 반면, 상기 반응기로부터 오는 바이오매스를 직접 이의 내부 표면에 위치된 배플 (baffle)을 갖추고 있다. 상기 처리된 바이오매스는 슬라이딩 게이트 밸브 (sliding gate valve)로 폐쇄될 수 있는, 상기 하부에 배출 오리피스 (outlet orifice)를 통해 방출된다. 상기 장비는 또한 300 바의 압력을 발생할 수 있고, 상기 전처리 후에 고체로부터 액상을 제거하기 위해 사용되는 수동 프레스 (manual press)을 포함한다.
상기 연속적인 방법에 대해 사용된 장치는 국제 특허출원 WO 2009/108773호에 기술된 것과 필수적으로 동일하다. 현재 버전은 두 개의 볼 밸브에 의해 측면에 위치된, 압력 챔버를 통해 상기 바이오매스의 도입을 위한 섹션을 포함한다. 상기 바이오매스는 이것으로 도입되는 스팀에 의해 요구된 압력을 유지하는, 수직형 반응기 (vertical reactor) (반응기 1)로 상기 챔버로부터 공급된다. 상기 처리 후에, 상기 바이오매스는 상기 반응기의 하부에 위치된 스크류 켄베이어 (screw conveyor)의 도움으로 방출된다. 상기 제1 스크류 컨베이어는 물로 상기 물질을 세척하기 때문에 있을 수 있는 스팀의 응축으로부터 온 상기 액체를 제거하기 위해 사용된, 제2 경사진 스크류 켄베이어에 연결된다. 상기 섹션의 다운스트림 (Downstream)에서, 상기 바이오매스는 높은 압축비에서 작동된 Andritz AG로부터 구입한 "MSD Impressafiner"로 불리우는 스크류 켄베이어로 통과된다. 상기 장치는 다른 압력하에서 있을 수 있는 하나의 다운스트림으로부터 업스트림 (upstream) 영역을 분리하기 위해 요구된, 물질 플러그 (material plug)를 형성하기 위해 사용된다. 부가적으로, 상기 액체의 추가 제거는 또한 여기서 영향받을 수 있다. MSD Impressafiner의 다운스트림의 섹션은 두 개의 웜 컨베이어 (worm conveyors)를 포함하고, 이의 제1은 반응기 2로 호칭된다. 이들 웜 컴베이어의 말단에 고정된 자동 방출 밸브는 "블로우-다운라인"이라 불리우는, 관에 연결되고, 즉각적인 감압이 발생된다. 상기 바이오매스는 최종적으로 사이클론 (cyclone)으로 통과되고, 여기서 상기 휘발성 성분 및 초과된 스팀은 제거된다.
상기 제거된 액체는 가능한 재순환을 위한 압력하에서 선택적으로 유지되고, 두 개 분리 탱크에서 수집된다.
상기 자체의 효소 가수분해는 3.6-리터 인포 (Infors) 실험실-규모 발효기 (laboratory-scale fermenters)에서 수행된다. 이들 반응자는 재킷을 갖추고, 이들에서 온도는 이들 내부에 고정된 센서의 지시를 근거로 조절된다. 상기 pH는 프로브 (probe)의 도움으로 결정되고, 각각 산 및 염기의 첨가를 위해 두 개의 연동 펌프 (peristaltic pumps)를 작동시킨다. 상기 바이오반응기는 두 개의 펠톤 터빈 (Pelton turbines)에 연결된 회전축 교반기 (rotary shaft stirrers)를 갖는다.
사용된 물질
실험은 하나는 아룬도 풀 (Arundo donax), 및 다른 하나는 사탕수수 섬유질로부터 온 두가지 타입의 공급 원료 바이오매스로 수행되는데, 이의 조성물은 하기 표 1과 같다.
출발 물질의 조성물
사탕수수 아룬도 풀
건조물질 성분 % 83.00% 92.00%
물 중량% 17.00% 8.00%
글루칸 중량% 26.97% 33.34%
크실란 중량% 14.42% 19.17%
아세틸 그룹 중량% 2.06% 3.59%
추출믈 중량% 16.40% 7.95%
클라손 (Klason) 리그닌 중량% 13.49% 19.27%
잔류물 (575℃에서 처리 후) 중량% 5.30% 5.86%
다른 비-용해 물질(substance) 중량% 4.35% 2.82%
합계 중량% 100.00% 100.00%
상기 바이오매스의 조성물은 표준 분석 방법에 따라 측정된다.
구조적 탄수화물 및 리그닌 바이오매스의 결정
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 25.4.2008
See Technical Report NREL/TP-510-42618, revised in April 2008
[NREL = National Renewable Energy Laboratory]
상기 바이오매스에서 추출물의 결정
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 17.7.2005
See Technical Report NREL/TP-510-42619 of January 2008
상기 조성물의 결정에 대한 샘플의 제조
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 28.9.2005
See Technical Report NREL/TP-510-42620 of January 2008
상기 바이오매스에서 총 고체의 결정 및 얻어진 상기 액체 샘플에서 총 용해된 고체
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 31.3.2008
See Technical Report NREL/TP-510-42621, revised in March 2008
상기 바이오매스의 애쉬 함량의 결정
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 17.7.2005
See Technical Report NREL/TP-510-42622 of January 2008
얻어진 상기 액체 상에서 당, 부산물 및 분해 산물의 측정
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 8.12.2006
See Technical Report NREL/TP-510-42623 of January 2008
상기 전처리된 바이오매스에서 불용성 고체의 측정
Laboratory Analytical Procedure (LAP), released on 21.3.2008
See Technical Report NREL/TP-510-42627 of March 2008.
상기 효소 가수분해동안 효소에 상기 바이오매스의 접근성을 측정하기 위해 사용된 칵테일 효소는 모든 실험에서 하기 표 2의 조성물을 갖는다.
성분/ 양, 부피% 밀도, g/ ml 특이 활성도
셀룰라아제 복합체 87.4% 1.08 100 FPU / g component
크실라나제 5.3% 1.2 500 FXU / g component
헤미셀룰라아제 6.6% 1.1 470 FXU / g component
효소 복합체 0.7% 1.2 100 FBG / g component
합계 100.0% 1.09
상기 셀룰라아제 복합체는 글루코오즈, 셀로비오스 및 고 분자량을 갖는 글루코오즈 올리고머로 셀룰로오즈의 분해를 촉진하는 효소 제제이다.
상기 크실라나제 및 헤미셀룰라아제 용액은 주로 단순 또는 올리고머 당 형태의 이의 구성 성분으로 헤미셀룰로오즈의 분해를 촉진하지만, 이들은 또한 더 적은 함량에 몇몇 다른 촉매 활성을 갖는다.
상기 "효소 복합체"는 다양한 탄수화물에 작용하는 효소 용액이고, 이것으로 제조된 전체 용액의 활성을 증진시킨다.
상기 효소 칵테일은 하기 표 3의 활성 특징을 갖는다.
상기 효소 칵테일의 활성
94.39 FPU/ml 86.60 FPU/g
65.92 FXU/ml 60.48 FXU/g
0.84 FBG/ml 0.77 FBG/g
상기 다양한 효소 활성 단위는 다음과 같이 정의된다.
상기 여과지 단위 (filter paper unit) (FPU)는 NREL의 실험실 분석 방법 (NREL's Laboratory Analytical Procedure)에서 기술된 바와 같이 결정되고 정의된다 (Technical Report No. NREL/TP-510-42628 of January 2008 참조). 산업 기준 (industrial standard)의 사용을 포함하는, 이런 방법에 있어서, 상기 셀룰라아제 활성은 원래의 (희석되지 않은) 효소 용액의 밀리미터당 여과지 단위 (FPUs)에서 결정된다. 정량적 결과를 얻기 위하여, 상기 효소 제제는 의미 있고 동일한 전환을 기초로 하여 비교되어야 한다. 제공된 효소에 대하여, 60분간 50℃에서 50 mg의 와트만 No. 1 여과지 (전환율: 4%)로부터 (글루코오즈로 측정된) 2.0 mg의 환원당 (reducing sugars)을 방출하기 위해 필요한 효소의 양이다. 이것은 FPU의 값을 계산하기 위한 절편 (intercept)으로서 국제 순수 응용 화학 협회 (International Union of Pure and Applied Chemistry) (IUPAC)에 의해 정의된다.
상기 크실라나제 활성은 알려진 활성을 갖는 표준 효소와 관련하여 FXU의 관점에서 결정된다. 분광 결정 (spectrophotometric determination)에 의해 얻어진 결과는 기준 샘플에 대해 얻어진 표준 곡선과 비교하여 하기에 기술된 바와 같이 상등액 (supernatant liquid)에서 수행된다.
이러한 결정을 위하여, 상기 크실라나제 샘플은 Remazol - stained 밀로부터 추출된 아리비노-크실란으로 이루어진 기질 (substrate)로 배양된다. 상기 전환되지 않은 기질은 에탄올로 침전된다. 상기 상등액에 나누어진 침전되지 않은 기질에서 분해산물을 나타내는 상기 청색의 강도 (intensity)는 상기 크실라나제 활성에 대해 비례하지만, 색 프로파일은 하나의 효소에서 다음의 효소까지 변화할 수 있다.
Figure pct00001
여기서
C는 FXU/ml으로 표준 곡선을 판독하는 상기 효소 활성이고,
F는 ml로 상기 샘플의 부피이며,
D는 상기 샘플의 후속 희석 (예를 들어 2차 또는 3차 희석)이고,
W는 g으로 상기 샘플의 중량이다.
한 FBG 단위는 이하 기술된 세모기-넬슨 (Somogyi-Nelson) 방법에 의해 수행된 표준 절차에서 분당 1 몰의 글루코오즈에 등가인 환원 용량 (reducing capacity)을 갖는 글루코오즈 (또는 환원 탄수화물)의 양을 방출하는 효소의 양이다.
표준 반응 조건:
상기 샘플은 0.02-10 FBG/ml의 활성에 대해 희석될 수 있음
기질: 베타-글루칸 0.5%
온도: 30℃
pH: 5.0
반응시간: 30 분
균류 베타-글루카아제 (Fungal beta-glucanase)는 베타-글루칸과 반응하여, 글루코오즈 또는 환원 탄수화물을 형성시킨다.
상기 pH는 보정의 목적을 위해 수성 1 M의 H2SO4 용액 및 수성 1 M의 NaOH 용액을 사용하여 자동 조절 시스템의 도움으로 약 5의 값으로 유지된다.
시험 방법의 절차
건조 바이오매스의 특정 양은 먼저 준비되고, 그 다음 요구된 수준까지 이의 습도 함량을 조정하기 위해 실온에서 물로 처리된다. 사용된 조건하에서, 상기 물은 자유 형태로 존재하는 대신 상기 바이오매스에 의해 흡수된다.
배치 공정 ( Batch process ) (장치 1에서 수행됨)
이 경우에 있어서, 상기 전처리는 두 개의 연속적인 단계로 이루어진다. 제1 단계에 있어서, 상기 반응기는 상기 스팀 주입 밸브가 폐쇄된 동안 특정 양의 바이오매스로 충진된다. 이 양은 건조-물질을 기초로 계산된 약 1.5kg이다. 스팀은 그 다음 상기 요구된 온도 및 압력이 포화상태를 보장하도록 도달될 때까지 반응기로 통과된다. 상기 세트 포인트에 도달된 경우, 상기 시스템은 미리결정된 시간 t 동안에 정적 상태 (stationary conditions) 하에서 유지된다. 상기 압력은 그 다음 천천히 완화되고, 상기 바이오매스는 회수된다. 상기 형성된 고체 및 액체 상은 300 바의 압력에서 작동된 압력으로 상기 바이오매스를 압축시켜 분리된다. 상기 고체 상은 동일한 반응기에서 새로운 작동 사이클을 위해, 상기 공정의 제2 단계에 사용된다. 이 단계는, 상기 압력이 벤트를 통해 느리게 완화되지 않는 경우를 제외하고는, "스팀 폭쇄 밸브"를 완전히 개방하여 이전과 같이 즉각적으로 수행된다. 따라서, 상기 물질은 상기 탱크에서 팽창되고, 상기 휘발성 성분 및 과량의 물은 배출된다. 이런 전처리에서 얻어진 물질은 그 다음 하기의 조건하에서 수행된, 효소 가수분해를 위해 실험실-규모의 바이오반응기로 통과된다:
T= 45℃
교반기 속도= 300 rpm
pH = 5
건조-물질 함량 = 7.5 wt-%
T = 24 h.
상기 물질에서 유리된 글루코오즈의 양은 전술된 방법에 의해 결정되고, 상기 얻어진 값은 하기 수학 식 1의 도움으로 수율을 계산하기 위해 사용된다:
[수학식 1]
Figure pct00002
여기서
Yglucose ,24h는 총 용해가능한 양에 대해 계산된, 24 시간 후 글루코오즈 수율이고;
Cglucose ,24h는 24 시간 후에 상기 액체 상에서의 글루코오즈의 농도이며;
WIS는 총 중량에 대한 중량%로 계산된, 24 시간 후에 비-용해된 고체의 양이고;
ρliquid는 상기 액체 상의 밀도이며;
Wglucose ,0h는 총 중량에 대해 계산된, 시간 t = 0에서 글루코오즈의 중량이고;
1.111은 상기 글루코오즈의 분자량 (180 g/mol) 및 글루칸의 분자량 (162 g/mol) 사이의 차이를 감안한 요소 (factor)이다.
연속식 공정 (장치 2에서 수행됨)
이 경우에 있어서, 상기 물질은 요구된 공급 속도를 이용하여, 반-연속식 방식 (semi-continuous manner)에서 압력 챔버로 먼저 통과된다. 상기 요구된 압력에 도달된 경우, 상기 바이오매스는 반응기 1로 주입된다. 체류시간은 미리 설정된 것에 의존하고, 스팀은 어떤 열의 손실을 위해 만들어진 것으로 선택적으로 통과된다. 상기 물질은 그 다음 방출 스크류 컨베이어로 먼저 통과된 다음, 과량의 액체가 제거되는 제1 부분인 경사진 스크류 컨베이어로 통과된다. 상기 물질은 그다음 더 많은 액체가 압축하여 제거되는, MSD Impressafiner로 통과된다. 여기로부터 상기 바이오매스는 상술된 물질 프러그를 통해 반응기 2로 이동된다. 요구된 온도 및 압력은, 필요에 따라, 스팀을 통과시켜 상기 반응기에서 얻어질 수 있다. 상기 물질은 그 다음 마지막 스크류 컨베이어에 의해 블로우-다운 라인으로 이동된다. 여기서 발생된 감압 (decompression)은 상기 사이클론 (cyclone)에서 효과적인 값으로 압력을 내리는 결과를 초래한다. 상기 블로우-다운 라인은 약 6 미터의 길이 및 약 25 mm (1 inch)의 내부 직경을 갖는다.
이런 작동을 조절하는 상기 밸브는 다른 방식으로 개방될 수 있다: 주로 이것은 모든 시간에 대해 특정 범위로 개방알 수 있고, 또는 특정한 시간동안 폐쇄를 유지할 수 있으며, 그 다음 다음 기간동안 특정 범위에 대해 개방할 수 있다.
상기 얻어진 물질은 그 다음 상기 배치 방법의 경우에서와 같이 동일한 효소 가수분해에 대상이 된다.
실험적 조건 및 결과
상기 연속적인 공정은 8 번 수행되고, 상기 배치 공정은 두 번 수행되는데, 두 가지 경우 모두에서 전술된 적절한 절차를 이용한다. 비교를 위하여, 하기 표는 또한 오직 하나의 스팀 폭쇄 반응기를 포함하는 플랜트, 즉 트리사이아 (Trisaia)에 위치된 ENEA 플랜트에서 수행되는, 두 가지 다른 실험에 대한 상응하는 데이터를 포함한다.
하기 표에 기재된 데이터는 상기 바이오매스의 조성물 및 사용된 효소에 대한 이들의 접근성 모두에 대해 얻어진 결과 및 실험 조건을 제공한다.
표 4는 상기 모든 실험에서 얻어진 결과를 나타낸다. 실험 1-8은 장치 2에서 연속적인 공정에 의해 수행되고, 실험 9 및 10은 장치 1을 사용하여, 상기 배치 공정에 의해 수행된다. 실험 11 및 12는 스크류 콘베이어 및 최종 폭쇄를 갖는 오직 하나의 반응기를 포함하는 상기 ENEA 플랜트에서 수행된다.
표 5는 이들 성분 사이의 비와 함께 건조 물질 및 퍼퓨랄로써 계산된, C6 및 C5 당의 양의 관점에서 전처리의 말단에 얻어진 물질의 조성물을 보여준다.
[표 4]
실험 조건 및 달성된 효소에 대한 접근성
Figure pct00003
[표 4 계속]
Figure pct00004
[표 4 계속]
Figure pct00005
[표 5]
스팀-유도 폭쇄 이후에 바이오매스의 조성
Figure pct00006

Claims (17)

  1. 액체 및 고체의 조성물에서 아라비난 및 크실란 및 아라비노스 및 크실로스의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머의 양에 기초한 C5의 고체, 액체의 양; 액체 및 고체의 조성물에서 글루칸의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머를 포함하는 상기 글루칸 함량에 기초한 C6의 양; 및 퍼퓨랄를 포함하는 바이오매스 조성물로서, 상기 조성물은 적어도 30%의 24 시간 효소 접근성을 갖는 바이오매스 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 C6의 양에 대한 C5의 양의 비는 0.50 초과이고, 함께 첨가된 상기 C5 및 C6의 양에 대한 상기 퍼퓨랄의 비는 0 초과 0.0060 이하인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 함께 첨가된 C5 및 C6의 양에 대한 상기 퍼퓨랄의 비는 0 초과 0.0050 이하인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 함께 첨가된 C5 및 C6의 양에 대한 상기 퍼퓨랄의 비는 0 초과 0.0040 이하인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 함께 첨가된 C5 및 C6의 양에 대한 상기 퍼퓨랄의 비는 0 초과 0.0030 이하인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 함께 첨가된 C5 및 C6의 양에 대한 상기 퍼퓨랄의 비는 0 초과 0.0016 이하인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 11 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 14 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  9. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 16 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  10. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 19 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  11. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 21 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  12. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 24 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  13. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 26 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  14. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 29 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  15. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 31 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  16. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 36 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
  17. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에서 고체의 양은 상기 조성물의 41 내지 99중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 바이오매스 조성물.
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