KR20140127222A - 진공을 수반한 개선된 예비-가수분해 단계 - Google Patents

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Abstract

효소와 함께 및 효소 없이 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 진공 조건에 노출시키는 것을 수반하는 개선된 예비-가수분해 단계가 개시된다. 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 진공 조건에 노출시킨 후, 전처리된 물질에 대해서 효소 가수분해가 수행된다. 결과는 진공 조건에 노출되지 않았던 조성물과 비교하여 효소 가수분해 후 글루코오스와 주로 자일로오스의 증가된 수율이다.

Description

진공을 수반한 개선된 예비-가수분해 단계{AN IMPROVED PRE-HYDROLYSIS STEP INVOLVING VACUUM}
US 2009/0053777 A1과 WO 2009/046538 A1은 모두 바이오매스 전환 공정의 다양한 부분에서 진공의 사용을 고려한다.
공정 단계의 순서에서, US 2009/0053777 A1은 전처리 및 효소 가수분해 반응기를 개시하며, 커버의 랜스(lance) 연결 포트에 외부 공급원을 부착함으로써 진공 및 압력이 반응 용기에 적용될 수 있다.
US 2009/0053777 A1은 수평 배향된, 피스톤이 장착된 5.1cm x 68.6cm 스테인리스 스틸 통(barrel)의 대형 통 피스톤 반응기를 개시한다. 68.6cm 통은 진공 적용, 수성 암모니아 주입, 스팀 주입 및 통 내부의 온도 측정을 위한 열전쌍의 삽입을 허용하는 8개의 다목적 포트가 장착되었다. 반응기 통은 수직 배향된, 15.2cm x 61cm 스테인리스 스틸 플래시 탱크에 직접 부착되었다. 전처리된 고형분이 플래시 탱크의 바닥을 향해 떨어졌고, 여기서 고형분은 탱크 바닥의 돔형 단부 플랜지의 볼트를 해제함으로써 쉽게 제거되었다.
진공의 사용이 개시되는데, 진공이 반응기 용기(vessel)와 플래시 수취기에 적용되었을 때 압력은 < 10 kPa까지 떨어지고, 희석 수산화 암모늄 용액이 반응기에 주입되었다. 일단 암모니아가 충전되었으면 온도가 145℃까지 올라가도록 스팀이 반응기에 주입되었다. 다음에, 혼합물은 피스톤을 활성화함으로써 예열된 플래시 탱크로 방출되었다. 플래시 수취기가 약 59℃에 도달할 때까지 진공을 플래시 탱크에서 빼냈다. 플래시 수취기로부터 수거시 프리 액체(free liquid)가 전처리된 고형분으로부터 분리되었고, 당화를 위해서 다시 첨가되지 않았다.
제목이 "리그노셀룰로오스 물질의 진공하의 효소 처리"인 WO 2009/046538 A1은 자기 기술적이다. 더 이상의 효소 반응에 대한 저해제를 제거하기 위해서 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 효소 가수분해가 진공하에 수행된다.
이들 참고문헌에서 진공의 사용은 매우 구체적인 이유와 매우 구체적인 조건하에서 행해진다. 이들 참고문헌들 중 어느 것도 본 명세서의 설명 부분에서 설명된 과정 및 효능을 개시하지 않으며, 이들을 진보성 없게 만들지 않는다.
진공을 수반한 개선된 예비-가수분해 단계가 본 명세서에 개시되며, 한 구체예에서
A) 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계로,
상기 조성물은 건조 물질 함량을 가지며,
상기 조성물은 전처리 공정에서 가공된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 생성된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스, 및 전처리 공정 후 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 첨가된 액체를 포함하고,
조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질 함량의 중량 퍼센트는 1 내지 60 중량 퍼센트 범위인 단계;
B) 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 것을 중단하는 단계;
C) 적어도 하나의 촉매를 상기 조성물에 첨가하는 단계로, 상기 촉매는 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 단계; 및
D) 상기 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 촉매 가수분해를 수행하는 단계를 포함한다.
다른 구체예에서, 상기 조성물은 프리 액체를 갖지 않는다. 다른 구체예에서, 상기 조성물은 프리 액체를 포함한다.
상기 진공 조건에 조성물을 노출시키는 단계 및 촉매 가수분해를 수행하는 단계가 동일한 용기에서 수행되지 않는 것이 더 개시된다.
진공 조건이 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 및 0.5 mBar로 구성되는 군으로부터 선택된 밀리바(mbar)로 측정된 절대 압력보다 낮을 수 있다는 것이 더 개시된다.
조성물의 총량의 중량을 기준으로 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트가 1 내지 50, 1 내지 40, 1 내지 36, 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 1 내지 15, 1 내지 10, 및 5 내지 40으로 구성되는 군으로부터 선택된 범위에 있을 수 있다는 것이 더 개시된다.
또한, 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계가 진공 조건에 대한 조성물의 노출을 5분, 10분, 20분, 30분, 45분, 및 60분으로 구성되는 군으로부터 선택된 최소 시간 동안 유지하는 것을 포함할 수 있다는 것이 개시된다.
또한, 진공 조건에 대한 노출이 15 내지 55℃, 15 내지 50℃, 15 내지 45℃, 15 내지 35℃, 및 15 내지 30℃로 구성되는 군으로부터 선택된 온도 범위로 구성되는 온도 범위에서 수행될 수 있다는 것이 개시된다.
조성물 및/또는 첨가된 액체는 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 촉매를 갖지 않을 수 있다는 것이 더 개시된다. 또한, 촉매는 효소를 포함할 수 있으며, 촉매 가수분해는 효소 가수분해일 수 있다는 것이 개시된다.
첨가된 액체는 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리의 일부로서 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 분리된 C5를 포함할 수 있다는 것이 더 개시된다.
또한, 첨가된 액체는 또한 유사하게 이루어진 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 효소 가수분해로부터 제조된 가수분해 생성물을 포함할 수 있다는 것이 개시된다.
조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는, 압출기라고도 또한 알려진, 실린더 내부에 스크류를 가진 실린더를 사용하여 수행될 수 있다는 것이 더 개시된다.
또한, 촉매 가수분해의 수행은 어떤 진공 조건하에서 행해지지 않는다는 것이 개시된다.
이 공정이 연속적일 수 있다는 것이 또한 개시되며, 조성물이 암모니아를 갖지 않는다는 것과 전처리 공정이 암모니아를 갖지 않을 수 있다는 것이 개시된다.
도 1은 특정된 효소 농도에서 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출되지 않은 동일한 조성물의 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스와 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물의 효소 가수분해에 의해서 시간에 따라 생성된 자일로오스와 글루코오스의 양을 비교한다.
도 2는 특정된 효소 농도에서 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출되지 않은 동일한 조성물의 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스와 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물의 효소 가수분해에 의해서 시간에 따라 생성된 자일로오스와 글루코오스의 양을 비교한다.
도 3은 특정된 효소 농도에서 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출되지 않은 동일한 조성물의 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스와 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물의 효소 가수분해에 의해서 시간에 따라 생성된 자일로오스와 글루코오스의 양을 비교한다.
도 4는 특정된 효소 농도에서 효소 가수분해 전에 효소와 함께 진공 조건에 노출된 동일한 조성물의 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스와 효소 없이 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물의 효소 가수분해에 의해서 시간에 따라 생성된 자일로오스와 글루코오스의 양을 비교한다.
도 5는 특정된 효소 농도에서 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출되지 않은 동일한 조성물의 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스와 효소 없이 효소 가수분해 전에 진공 조건에 노출된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물의 효소 가수분해에 의해서 시간에 따라 생성된 자일로오스와 글루코오스의 상대적 양을 비교한다.
본 명세서는 짧은 시간 기간 동안 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물에 진공을 적용함으로써 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 글루코오스의 회수율을 증가시키기 위한 공정을 개시한다. 하기 개시된 대로, 수 불용성 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하는 조성물은 첨가된 액체(첨가된 제1 액체라고도 한다)를 더 포함할 수 있거나, 프리 액체를 더 포함할 수 있거나, 또는 프리 액체를 갖지 않을 수 있다.
실험 부문에서 발견되고 논의된 것은, 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스가 물과 같은 액체하에 진공 조건에 노출되었을 때, 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스가 그것의 원래 부피의 약 140%까지 팽창 및 확장하고, 이어서 일단 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 비말동반된 기체가 방출된 후, 그것이 원래 부피의 약 80%까지 다시 붕괴된다는 것이다. 액체하의 진공이 바람직한 구체예지만, 수 불용성 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하지만 프리 액체 또는 첨가된 액체는 갖지 않는 조성물을 진공 조건에 노출시키는 것은 본 발명의 다른 구체예이다.
선행 기술과 달리, 본 실험들은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 더 침투하기 위해서 촉매, 예컨대 효소 가수분해를 위한 효소가 진공 단계 동안 필수적이지 않은 것을 확립한다. 효소 또는 산이나 염기와 같은 다른 가수분해 촉매가 진공이 파괴되기 전에 첨가될 수 있다. 물 하에 또는 효소를 가진 물 하에 진공이 수행되든 아니든 당류의 수율은 동일하다.
본 실험들은 또한 진공 단계가 바람직하게는 물인 액체하에 또는 액체 중에서 수행되는 것을 확립한다. 액체 첨가 없이, 또는 프리 액체의 부재에서 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 대해서 수행된 실험들은 일정량의 액체의 존재에서 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 진공이 적용된 실험들보다 훨씬 낮은 당 수율을 가졌다. 조성물을 액체의 존재에서, 또는 액체하에 진공 조건에 노출시키는 것이 바람직하지만, 액체 없이 조성물을 노출시키는 것은 진공에 조성물을 전혀 노출시키지 않는 것보다는 더 낫다.
실험 데이터는 또한 다만 10분 동안이라도 촉매 가수분해, 예컨대 효소 가수분해 전에 진공이 적용된다면 진공하에 효소 가수분해와 같은 촉매 가수분해를 수행하는 단계가 회피될 수 있다는 것을 확립한다.
실험적으로 확인된 이런 지식에 따라, 본 공정은 조성물을 먼저, 진공 조건에 노출시키는 단계를 포함한다. 적합한 조성물은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함한다. 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스란, 바이오매스의 적어도 일부가 수 불용성이고, 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 유도하는데 사용된 원래 자연 발생한 리그노-셀룰로오스 바이오매스가 그것의 화학적 또는 물리적 속성을 자연에서 발견된 것으로부터 변화시키는 가공(전처리)을 거쳤다는 것을 의미한다.
수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 생성하기 위한 제1 단계는 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 사용하는 것이다. 바람직한 리그노-셀룰로오스 바이오매스는 다음과 같이 설명될 수 있다: 녹말과는 별도로, 식물 바이오매스의 세 가지 주요 구성성분이 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌이며, 이들은 일반적 용어인 리그노셀룰로오스로 통상 언급된다. 일반적 용어로서 다당-함유 바이오매스는 녹말과 리그노셀룰로오스 바이오매스를 모두 포함한다. 따라서, 공급 원료의 일부 종류는 식물 바이오매스, 다당 함유 바이오매스, 및 리그노-셀룰로오스 바이오매스일 수 있다.
본 발명에 따른 다당-함유 바이오매스는, 예를 들어 녹말뿐만 아니라 정제된 녹말, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 형태의 중합체 당을 함유하는 어떤 물질을 포함한다.
청구된 발명을 유도하기 위한 자연 발생한 바이오매스의 관련된 종류는 녹말 함유 곡물, 정제된 녹말; 옥수수대, 버개스, 예를 들어 쌀, 밀, 호밀, 귀리, 보리, 평지, 수수의 짚; 연목재, 예를 들어 구주소나무(Pinussylvestris), 라디아타 소나무(Pinus radiate); 경목재, 예를 들어 갯버들(Salix spp.), 유칼립투스(Eucalyptus spp.); 덩이줄기, 예를 들어 비트, 감자; 곡식, 예를 들어 쌀, 밀, 호밀, 귀리, 보리, 평지, 수수 및 옥수수의 곡식; 폐지, 바이오가스 가공에서의 섬유 분획, 거름, 오일 팜 가공의 잔류물, 도시 고체 폐기물 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 농작물로부터 유도된 바이오매스를 포함할 수 있다. 본 실험들은 상기 열거된 항목 중 몇 가지 예들에 제한되지만, 본 발명은 그 특징이 주로 리그닌 및 표면적의 독특한 속성에 있으므로 전부에 적용할 수 있다고 생각된다.
본 공정에서 사용된 리그노-셀룰로오스 바이오매스 공급 원료는 바람직하게 일반적으로 풀(grass)이라고 불리는 과의 것이다. 적절한 이름은 현화식물의 백합식물강(Liliopsida)(외떡잎식물)에 속하는 벼과(Poaceae) 또는 화본과(Gramineae)로 알려진 과이다. 이 과의 식물들은 일반적으로 풀이라고 불리거나, 또는 이들은 진짜 풀인 다른 그래미노이드류(graminoids)와 구분될 수 있다. 대나무도 또한 포함된다. 풀은 약 600개의 속과 일부 9,000-10,000개 이상의 종이 있다(Kew Index of World Grass Species).
벼과는 전세계에서 재배되는 주식인 곡물 및 곡식 작물, 잔디 및 사료용 풀, 및 대나무를 포함한다. 벼과는 일반적으로 대라고 불리는 속이 빈 줄기를 갖는데, 이것은 대를 따라 있는 지점인 잎이 나는 마디라고 불리는 간격에서 막혀 있다(고형물). 풀잎은 일반적으로 교대로 있거나, 2열생이거나(한 면에서), 또는 거의 나선형이며, 옆맥이 평행하다. 각 잎은 일정 거리만큼 줄기를 감싸안은 아래쪽 덮개와 가장자리가 일반적으로 전부인 잎날(blade)로 분화된다. 많은 풀의 잎날은 실리카 식물암(silica phytoliths)으로 경화되며, 이것은 방목된 동물이 접근하지 않도록 하는데 도움이 된다. 일부 풀(예컨대 칼 모양 잎이 있는 풀)에서 이것은 풀 잎날의 가장자리를 사람의 피부를 자를만큼 충분히 날카롭게 만든다. 엽설이라고 불리는, 털의 막과 같은 부속물 또는 띠부(fringe)가 덮개와 잎날 사이의 접합부에 있어서 물이나 곤충이 덮개로 침투하는 것을 막는다.
풀 잎날은 잎날의 기부에서 자라며, 연장된 줄기 끝으로부터는 자라지 않는다. 이런 낮은 성장점은 방목된 동물에 대응하여 진화했으며, 풀이 그 식물에 대한 심각한 손상 없이 규칙적으로 뜯어 먹히거나 베어지는 것을 허용한다.
벼과의 꽃은 잔이삭(spikelet)들로 특징적으로 배열되며, 각 잔이삭은 하나 이상의 날꽃(floret)을 가진다(잔이삭은 원추꽃차례(panicle)와 수상꽃차례(spike)로 더 분류된다). 잔이삭은 영포라고 불리는, 기부에 있는 두 개의(또는 때로 더 적은) 포엽과 이어진 하나 이상의 날꽃으로 구성된다. 날꽃은 외화영(lemma)(바깥쪽 것)과 내화영(palea)(안쪽 것)이라고 불리는 두 개의 포엽에 의해 둘러싸인 꽃으로 구성된다. 꽃은 일반적으로 자웅동체이고(옥수수, 자웅동주는 예외이다), 수분은 거의 항상 풍매성이다. 화피(perianth)는 인피(lodicule)라고 불리는 두 개의 비늘로 축소되며, 이것이 확장하고 수축하여 외화영과 내화영이 펼쳐진다. 이들은 일반적으로 변형된 꽃받침인 것으로 해석된다.
벼과의 열매는 종피가 열매 벽과 융합되어 열매 벽과 분리되지 않는 곡과이다(옥수수 알갱이처럼).
풀에 존재하는 생장 습성에는 세 가지 일반적 부류로서 다발형(총생이라고도 한다), 야경성 및 근경성이 있다.
풀의 성과는 그것의 형태 및 생장 과정에 일부 있고, 그것의 생리학적 다양성에 일부 있다. 대부분의 풀은 두 가지 생리학적 그룹으로 나눠지며, 이들은 탄소 고정을 위해 C3 및 C4 광합성 경로를 사용한다. C4 풀은 특화된 크란츠 잎 해부구조와 연결된 광합성 경로를 갖는데, 이것은 특히 풀을 열대 기후와 이산화탄소가 적은 대기에 적응시킨다.
C3 풀은 "북방형 풀"이라고 하고, C4 식물은 "남방형 풀"로 간주된다. 풀은 일년생이거나 다년생일 수 있다. 일년생 북방형의 예들은 밀, 호밀, 일년생 블루그래스(일년생 왕포아풀, 새포아풀(Poaannua) 및 귀리)를 포함한다. 다년생 북방형의 예들은 새발풀(콕스푸트, 닥틸리스글로메라타(Dactylisglomerata)), 페스큐(페스큐카(Fescuca spp.)), 켄터키 블루그래스 및 페레니알 라이그래스(롤리움페레네(Loliumperenne))를 포함한다. 일년생 남방형의 예들은 옥수수, 수단 그래스 및 펄 밀렛이다. 다년생 남방형의 예들은 빅 블루스템, 인디안 그래스, 버뮤다 그래스 및 스위치 그래스이다.
풀 과의 한 가지 부류는 12가지의 아과가 인정된다: 이들은 다음과 같다: 1) 아노모클로오이데아에(anomochlooideae), 2가지 속(아노모클로아(Anomochloa), 스트렙토차에타(Streptochaeta))을 포함하는 활옆 풀의 소규모 혈통; 2) 파로이데아에(Pharoideae), 파루스(Pharus) 및 렙타스피스(Leptaspis)를 포함하는 3가지 속을 포함하는 풀의 소규모 혈통; 3) 푸엘리오이데아에(Puelioideae), 아프리칸 푸엘리아(Puelia) 속을 포함하는 소규모 혈통; 4) 밀, 보리, 귀리, 브로움-그래스(브로누스(Bronnus)) 및 칼라마그로스티스(Calamagrostis)을 포함하는 포오이데아에(Pooideae); 5) 대나무를 포함하는 밤부소이데아에(Bambusoideae); 6) 쌀 및, 야생 쌀을 포함하는 에르하르토이데아에(Ehrhartoideae); 7) 자이언트 리드 및 커먼 리드를 포함하는 아룬디노이데아에(Arundinoieae); 8) 센토테코이데아에(Centothecoideae), 때로 파니코이데아에(Panicoideae)에 포함되는 11가지 속의 소규모 아과; 9) 로브 그래스(에라그로스티스(Eragrostis), 약 350종, 테프 포함), 드롭시드(스포로볼루스(Sporobolus), 일부 160종), 핑거 밀렛(엘레우시네코라카나(Eleusinecoracana(L.) Gaertn.) 및 멀리 그래스(멀렌베르기아(Muhlenbergia), 약 175종)를 포함하는 클로리도이데아에(Chloridoideae); 10) 패닉 그래스, 옥수수, 수수, 사탕수수, 대부분의 기장류, 포니오 및 블루스템 그래스를 포함하는 파니코이데아에(Panicoideae); 11) 미크라이로이데아에(Micrairoideae); 12) 팜파스 그래스를 포함하는 단토니오디에아에(Danthoniodieae); 포아(Poa)는 약 500종의 풀이 속한 속으로서, 양쪽 반구의 온대 지역에서 자생한다
식용 종자를 위해서 재배되는 농업상의 풀은 곡식이라고 불린다. 세 가지의 흔한 곡식은 쌀, 밀 및 옥수수(옥수수)이다. 전체 작물 중 70%가 풀이다.
사탕수수는 설탕 생산의 주요 공급원이다. 풀은 건축에 사용된다. 대나무로부터 제조된 비계(Scaffolding)는 강철 비계를 파괴하는 강력한 태풍 바람을 견딜 수 있다. 더 큰 대나무와 무늬물대(Arundo donax)는 재목(timber)과 유사한 방식으로 사용될 수 있는 튼튼한 대를 가지며, 풀 뿌리는 뗏장집(sod house)의 뗏장을 안정화한다. 물대(Arundo)는 목관악기의 리드를 제조하는데 사용되며, 대나무는 수많은 도구에 사용된다.
리그노-셀룰로오스 바이오매스 공급 원료는 또한 목질 식물(woody plant) 또는 목재(wood)로부터 얻을 수 있다. 목질 식물은 그것의 구조적 조직으로서 목재를 사용하는 식물이다. 이들은 전형적으로 줄기와 큰 뿌리가 관 조직에 인접 생장된 목재로 강화된 다년생 식물이다. 이런 식물의 주 줄기, 더 큰 가지, 및 뿌리는 일반적으로 두꺼운 나무껍질의 층으로 덮인다. 목질 식물은 일반적으로 나무, 관목, 또는 리아나 중 하나이다. 목재는 목질 식물이 해마다 땅 위 줄기로부터 자라는 것을 허용하는 구조적 세포 적응이며, 이로써 일부 목질 식물은 가장 크고 가장 키가 큰 식물이 된다.
이런 식물은 뿌리에서 잎(물관부)으로 물과 영양분을 이동시키고, 잎에서 식물의 나머지 부분(체관부)로 당류를 이동시키기 위한 관다발계를 필요로 한다. 물관부에는 원시부름켜로부터의 1차 생장 동안 형성되는 1차 물관부와 관다발부름켜로부터의 2차 생장 동안 형성되는 2차 물관부의 두 가지 종류가 있다.
일반적으로 "목재"라 불리는 것은 이러한 식물의 2차 물관부이다.
2차 물관부가 발견될 수 있는 두 가지 주요 그룹은 다음과 같다:
1) 침엽수 (침엽수과) - 일부 600종의 침엽수가 있다. 모든 종이 2차 물관부를 갖는데, 이것은 이 그룹을 통틀어서 구조가 비교적 균일하다. 많은 침엽수는 큰 나무로 자라며, 이러한 나무의 2차 물관부는 연목재로서 시판된다.
2) 속씨식물(속씨식물과) - 일부 25만에서 40만 종의 속씨식물이 있다. 이 그룹 내에서 외떡잎식물(예를 들어, 벼과식물)에서는 2차 물관부가 발견되지 않는다. 많은 비-외떡잎식물 속씨식물은 나무로 자라며, 이들의 2차 물관부는 경목재로서 시판된다.
용어 연목재는 겉씨식물에 속하는 나무로부터의 목재를 설명하기 위해서 사용된다. 겉씨식물은 나출 종자가 씨방에 들어있지 않은 식물이다. 이들 종자 "열매"는 경목재보다 더 원시적인 것으로 생각된다. 연목재 나무는 일반적으로 상록수, 베어콘(bear cones)이며, 바늘이나 비늘 같은 잎을 가진다. 이들은 침엽수 종들, 예를 들어 소나무, 스프루스, 전나무, 및 삼나무를 포함한다. 목재 경도는 침엽수 종에 따라 다르다.
용어 경목재는 속씨식물 과에 속하는 나무로부터의 목재를 설명하기 위해서 사용된다. 속씨식물은 배주가 보호를 위해 씨방 안에 들어 있는 식물이다. 수정되었을 때 이들 배주는 종자로 발달한다. 경목재 나무는 일반적으로 활엽수인데, 온대 지역과 북방 지역에서 이들은 대부분 낙엽수이고, 열대 지역과 아열대 지역에서 이들은 대부분 상록수이다. 이들 잎은 단순할 수 있거나(한 장의 잎날), 또는 이들은 복잡하게 잎 줄기에 작은 잎들이 부착되어 있을 수 있다. 모양은 다양하지만 모든 경목재 잎은 미세한 잎맥의 뚜렷한 망구조를 가진다. 경목재 식물은, 예를 들어 사시나무, 자작나무, 벚나무, 단풍나무, 오크나무, 및 티크나무를 포함한다.
따라서, 바람직한 리그노-셀룰로오스 바이오매스는 풀과 목재로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 리그노-셀룰로오스 바이오매스는 칩엽수, 속씨식물, 벼과 및/또는 화본과에 속하는 식물로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 바람직한 리그노-셀룰로오스 바이오매스는 또한 건조 물질의 적어도 10 중량%가 셀룰로오스인, 또는 더 바람직하게 건조 물질의 적어도 5 중량%가 셀룰로오스인 바이오매스일 수 있다.
리그노-셀룰로오스 바이오매스는 또한 글루코오스, 자일로오스, 및 만노오스 단량체에 기초한 탄수화물의 군으로부터 선택된 탄수화물(들)을 포함한다. 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 유도된다는 것은 공급 스트림의 리그노-셀룰로오스 바이오매스가 글루칸 및 자일란과 리그닌을 포함한다는 것을 의미한다.
글루칸은 리그노-셀룰로오스 바이오매스 중 글루칸의 단량체, 이량체, 올리고머 및 중합체를 포함한다. 특히 관심있는 것은 1,4-알파 글루칸과 반대인 셀룰로오스에 특정한 1,4-베타 글루칸이다. 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 존재하는 1,4-베타 글루칸(들)의 양은 건조분 기준으로 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 적어도 5 중량%, 더 바람직하게 건조분 기준으로 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 적어도 10 중량%, 가장 바람직하게 건조분 기준으로 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 적어도 15 중량%여야 한다. 자일란은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스 조성물 중 자일란의 단량체, 이량체, 올리고머 및 중합체를 포함한다.
수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스는 녹말을 함유하지 않을 수 있거나, 실질적으로 녹말을 함유하지 않을 수 있거나, 또는 녹말 함량이 0일 수 있다. 만일 존재한다면, 녹말은 건조분 함량의 75 중량% 미만일 수 있다. 녹말의 존재는 글루코오스로의 가수분해에 영향을 주지 않는다고 생각되므로 바람직한 녹말 범위는 없다. 만일 존재한다면, 녹말 양의 범위는 건조분 함량의 0 내지 75 중량%, 건조분 함량의 0 내지 50 중량%, 건조분 함량의 0 내지 30 중량%, 및 건조분건조분 0 내지 25 중량%이다.
본 발명은 글루코오스의 가수분해에 관한 것이므로, 본 명세서와 본 발명자들은 1,4-베타 글루칸을 가진 어떤 리그노-셀룰로오스 바이오매스가 이 개선된 가수분해 공정에 대한 공급 원료로서 사용될 수 있다는 것을 믿는다.
자연 발생한 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 대해서 사용된 전처리 공정은 본 분야에 알려진 어떤 전처리 공정과 앞으로 발명될 것들일 수 있으며, 또는 전처리는 일련의 공정들일 수 있다.
리그노-셀룰로오스 바이오매스 공급 원료는 또한 목질 식물로부터 얻을 수 있다. 목질 식물은 그것의 구조적 조직으로서 목재를 사용하는 식물이다. 이들은 전형적으로 줄기와 큰 뿌리가 관 조직에 인접 생장된 목재로 강화된 다년생 식물이다. 이런 식물의 주 줄기, 더 큰 가지, 및 뿌리는 일반적으로 두꺼운 나무껍질의 층으로 덮인다. 목질 식물은 일반적으로 나무, 관목, 또는 리아나 중 하나이다. 목재는 목질 식물이 해마다 땅 위 줄기로부터 자라는 것을 허용하는 구조적 세포 적응이며, 이로써 일부 목질 식물은 가장 크고 가장 키가 큰 식물이 된다.
이런 식물은 뿌리에서 잎(물관부)으로 물과 영양분을 이동시키고, 잎에서 식물의 나머지 부분(체관부)로 당류를 이동시키기 위한 관다발계를 필요로 한다. 물관부에는 원시부름켜로부터의 1차 생장 동안 형성되는 1차 물관부와 관다발부름켜로부터의 2차 생장 동안 형성되는 2차 물관부의 두 가지 종류가 있다.
일반적으로 "목재"라 불리는 것은 이러한 식물의 2차 물관부이다.
2차 물관부가 발견될 수 있는 두 가지 주요 그룹이 있다:
1) 침엽수(침엽수과) - 일부 600개 종의 침엽수가 있다. 모든 종이 2차 물관부를 갖는데, 이것은 이 그룹을 통틀어서 구조가 비교적 균일하다. 많은 침엽수는 큰 나무로 자라며, 이러한 나무의 2차 물관부는 연목재로서 시판된다.
2) 속씨식물(속씨식물과) - 일부 25만개에서 40만개 종의 속씨식물이 있다. 이 그룹 내에서 외떡잎식물(예를 들어, 벼과식물)에서는 2차 물관부가 발견되지 않는다. 많은 비-외떡잎식물 속씨식물은 나무로 자라며, 이들의 2차 물관부는 경목재로서 시판된다.
용어 연목재는 겉씨식물에 속하는 나무로부터의 목재를 설명하기 위해서 사용된다. 겉씨식물은 나출 종자가 씨방에 들어있지 않은 식물이다. 이들 종자 "열매"는 경목재보다 더 원시적인 것으로 생각된다. 연목재 나무는 일반적으로 상록수, 베어콘이며, 바늘이나 비늘 같은 잎을 가진다. 이들은 침엽수 종들, 예를 들어 소나무, 스프루스, 전나무, 및 삼나무를 포함한다. 목재 경도는 침엽수 종에 따라 다르다.
용어 경목재는 속씨식물 과에 속하는 나무로부터의 목재를 설명하기 위해서 사용된다. 속씨식물은 배주가 보호를 위해 씨방 안에 들어 있는 식물이다. 수정되었을 때 이들 배주는 종자로 발달한다. 경목재 나무는 일반적으로 활엽수인데, 온대 지역과 북방 지역에서 이들은 대부분 낙엽수이고, 열대 지역과 아열대 지역에서 이들은 대부분 상록수이다. 이들 잎은 단순할 수 있거나(한 장의 잎날), 또는 이들은 복잡하게 잎 줄기에 작은 잎들이 부착되어 있을 수 있다. 모양은 다양하지만 모든 경목재 잎은 미세한 잎맥의 뚜렷한 망구조를 가진다. 경목재 식물은, 예를 들어 사시나무, 자작나무, 벚나무, 단풍나무, 오크나무, 및 티크나무를 포함한다.
예로서, 전처리 공정은 소킹(soaking)과 이후 스팀 폭발을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전처리 공정은 스팀 폭발 이외의 다른 어떤 공정 또는 공정들을 포함할 수 있다. 전처리 공정은 스팀 폭발을 포함하지 않을 수 있다. 전처리 공정은 스팀 폭발을 포함할 수 있다. 스팀 폭발은 전처리 공정의 마지막 단계일 수 있다. 플래시 수취기로의 스팀 폭발, 수취기 내용물의 냉각 및 프리 액체의 분리가 전처리 공정의 마지막 단계일 수 있다. 전처리 공정은 초임계 추출을 포함할 수 있다.
수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리에 사용된 전처리 공정은 리그노-셀룰로오스 함량의 구조가 촉매, 예컨대 효소에 더 접근이 쉬워지고, 동시에 아세트산, 푸르푸랄 및 하이드록시메틸 푸르푸랄과 같은 유해한 저해성 부산물의 농도가 실질적으로 낮게 유지되는 것을 보장하기 위해서 사용된다.
현재 전처리 전략의 일부는 리그노-셀룰로오스 물질을 1-60분 동안 110-250℃의 온도에 드러내는 것이며, 예를 들어:
열수 추출
저해성 물질이 형성되기 전에 용해된 물질을 제거하는 다단계 희석 산 가수분해
비교적 낮은 엄격도 조건에서 희석 산 가수분해
알칼리성 습식 산화
스팀 폭발
해독(detoxification)이 이어서 수행되는 거의 모든 전처리.
열수 전처리가 선택된다면, 다음의 조건이 바람직하다:
전처리 온도: 110-250℃, 바람직하게 120-240℃, 더 바람직하게 130-230℃, 더 바람직하게 140-220℃, 더 바람직하게 150-210℃, 더 바람직하게 160-200℃, 더욱더 바람직하게 170-200℃ 또는 가장 바람직하게 180-200℃.
전처리 시간: 1-60분, 바람직하게 2-55분, 더 바람직하게 3-50분, 더 바람직하게 4-45분, 더 바람직하게 5-40분, 더 바람직하게 5-35분, 더 바람직하게 5-30분, 더 바람직하게 5-25분, 더 바람직하게 5-20분 및 가장 바람직하게 5-15분.
전처리 후 건조 물질 함량은 바람직하게 적어도 20% (w/w)이다. 다른 바람직한 상한은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 공급 원료 중 물에 대한 바이오매스의 양으로서 고찰되며, 이 비는 1:4 내지 9:1; 1:3.9 내지 9:1, 1:3.5 내지 9:1, 1:3.25 내지 9:1, 1:3 내지 9:1, 1:2.9 내지 9:1, 1:2 내지 9:1, 1:1.5 내지 9:1, 1:1 내지 9:1, 및 1:0.9 내지 9:1의 범위이다.
본 발명에 따른 다당-함유 바이오매스는, 예를 들어 녹말뿐만 아니라 정제된 녹말, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 형태의 중합체 당을 함유하는 어떤 물질을 포함한다. 그러나, 앞서 논의된 대로, 녹말은 주요 성분은 아니다.
하기 설명된 대로, 바람직한 전처리 공정은 C5를 추출하기 위한 소킹과 이후 스팀 폭발의 두 단계이다.
자연 발생한 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 바람직한 전처리는 자연 발생한 리그노-셀룰로오스 바이오매스 공급 원료의 소킹과 이후 소킹된 자연 발생한 리그노-셀룰로오스 바이오매스 공급 원료의 스팀 폭발을 포함한다.
소킹은 증기 형태인, 스팀, 또는 액체 형태 또는 액체와 스팀이 함께 있는 물과 같은 물질 중에서 일어나며, 이로써 생성물이 생성된다. 생성물은 제1 액체를 함유한 소킹된 바이오매스이며, 제1 액체는 일반적으로 액체 또는 증기 형태의 물이거나, 또는 일부 혼합물이다.
이런 소킹은, 스팀 또는 액체 또는 스팀과 물의 혼합물일 수 있는 물에, 또는 더 일반적으로 고온 및 고압에서 물에 물질을 노출시키는 많은 기술에 의해서 행해질 수 있다. 온도는 다음 범위 중 하나여야 한다: 145 내지 165℃, 120 내지 210℃, 140 내지 210℃, 150 내지 200℃, 155 내지 185℃, 160 내지 180℃. 시간은, 예컨대 최대 24시간 미만, 또는 16시간 미만, 또는 12시간 미만, 또는 9시간 미만, 또는 6시간 미만과 같이 길 수 있지만, 노출 시간은 1분 내지 6시간, 1분 내지 4시간, 1분 내지 3시간, 1분 내지 2.5시간, 더 바람직하게 5분 내지 1.5시간, 5분 내지 1시간, 15분 내지 1시간의 범위로 아주 짧은 것이 바람직하다.
스팀이 사용된다면, 포화된 것이 바람직하며, 과열될 수 있다. 소킹 단계는 뱃치 단계 또는 연속 단계일 수 있고, 교반이 수반되거나 수반되지 않는다. 고온 소킹 전에 저온 소킹이 사용될 수 있다. 저온 소킹의 온도는 25 내지 90℃의 범위이다. 시간은, 예컨대 최대 24시간 미만, 또는 16시간 미만, 또는 12시간 미만, 또는 9시간 미만, 또는 6시간 미만과 같이 길 수 있지만, 노출 시간은 1분 내지 6시간, 1분 내지 4시간, 1분 내지 3시간, 1분 내지 2.5시간, 더 바람직하게 5분 내지 1.5시간, 5분 내지 1시간, 15분 내지 1시간의 범위로 아주 짧은 것이 바람직하다.
산 또는 염기는 피하는 것이 바람직하지만, 공정 후기에 높은 성과를 달성하기 위하여 소킹 단계는 또한 다른 화합물, 예를 들어 H2SO4, NH3의 첨가를 포함할 수 있다.
다음에, 제1 액체를 포함하는 생성물이 분리 단계로 보내지고, 여기서 소킹된 바이오매스로부터 제1 액체가 분리된다. 액체는 완전히 분리되지는 않을 것이며, 이로써 액체의 적어도 일부가, 바람직하게는 경제적 시간틀 안에서 가능한 많은 액체가 분리된다. 이런 분리 단계로부터의 액체는 제1 액체를 포함하는 제1 액체 스트림으로 알려져 있다. 제1 액체는 소킹에 사용된 액체, 일반적으로 물과 공급 원료의 가용성 종들일 것이다. 이런 수용성 종들은 글루칸, 자일란, 갈락탄, 아라비난, 글루코올리고머, 자일로올리고머, 갈락토올리고머 및 아라비노올리고머이다. 고형분 바이오매스는 그것이 고형분의 전부는 아니지만 대부분을 함유하므로 제1 고형분 스트림이라고 불린다.
액체의 분리는 알려진 기술과 아마도 이제 발명된 일부에 의해서 행해질 수 있다. 바람직한 장비는 프레스인데, 프레스는 고압하에 액체를 생성하기 때문이다.
또한, C5를 제거하기 위하여 소킹 전에 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 예비-소킹하는 것이 알려져 있다.
다음에, 제1 고형분 스트림이 스팀 폭발되어 고형분과 제2 액체를 포함하는 스팀 폭발된 스트림이 생성된다. 스팀 폭발은 바이오매스 분야에서 잘 알려진 기술이며, 현재 및 앞으로 이용할 수 있는 시스템 중 어느 것이 이 단계에 적합하다고 생각된다. 스팀 폭발의 엄격도는 Ro로서 문헌에 알려져 있으며, 이것은 시간과 온도의 함수로서 다음과 같이 표시된다:
Ro = texp[(T-100)/14.75]
여기서 온도 T는 섭씨로 표시되고, 시간 t는 공통 단위로 표시된다.
이 식은 또한 Log(Ro)로 표시되는데, 즉 다음과 같다:
Log(Ro) = Ln(t) + [(T-100)/14.75]
Log(Ro)는 바람직하게 2.8 내지 5.3, 3 내지 5.3, 3 내지 5.0 및 3 내지 4.3의 범위이다.
스팀 폭발된 스트림은 선택적으로 적어도 물로 세척될 수 있으며, 사용된 다른 첨가제들도 있을 수 있다. 앞으로 다른 액체가 사용될 수 있다는 것이 감안될 수 있으며, 그래서 물이 절대적으로 필수적인 것이라고는 생각되지 않는다. 이 시점에서 물은 바람직한 액체이며, 물이 사용된다면 그것은 제3 액체로서 간주된다. 선택적 세척으로부터 액체 유출물은 제3 액체 스트림이다. 이런 세척 단계는 필수적인 것으로 고려되지 않으며, 선택적이다.
다음에, 세척된 폭발된 스트림은 세척된 폭발된 물질 중 액체의 적어도 일부를 제거하기 위하여 가공된다. 이런 분리 단계도 또한 선택적이다. 적어도 일부가 제거된다라는 용어는 가능한 많은 액체의 제거가 바람직하지만(프레싱), 100% 제거가 가능하기란 거의 어렵다는 것을 상기시키기 위한 것이다. 어떤 경우, 후속 가수분해 반응에서 물이 필요하므로 물의 100% 제거는 바람직하지 않다. 이 단계를 위한 바람직한 공정도 역시 프레스이지만, 다른 알려진 기술과 아직 발명되지 않은 것들도 적합할 것이라고 생각된다. 이 공정에서 분리된 생성물은 제2 고형분 스트림 중의 고형분과 제2 액체 스트림 중의 액체이다.
본 발명의 공정을 위한 조성물은 적어도 50ppm 미만의 수분 수준까지 건조시켜 물과 다른 휘발분을 제거한 후의 물질인 건조 물질 함량을 가질 것이다. 건조 물질 함량은 "Preparation of Samples for Compositional Analysis", Laboratory Analytical Procedure(LAP), 발행일: 9/28/2005, Technical Report NREL/TP-510-42620, 2008년 1월)에 개시된 과정에 의해서 측정된다.
한 구체예에서, 진공 전에 조성물은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리 후 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 분리되지 않은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리로부터 일정량의 프리 액체를 가질 것이다. 예를 들어, 일부 스팀 폭발 공정에서 응축된 증기로부터 프리 액체가 있을 수 있다는 것이 알려져 있다. 프리 액체(free liquid)란 조성물을 따랐을 때 조성물의 고형분으로부터 분리될 수 있는 액체를 의미한다. 프리 액체가 전처리 후에 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 제거된다면, 프리 액체의 전부는 아니지만 일부는 조성물에 다시 첨가될 수 있고, 이것 역시 본 발명의 범위 내이다.
조성물은 또한 적어도 하나의 기체를 더 포함하는데, 이것은 진공 처리 전에 전처리 공정에서 사용된 공기나 기체, 또는 기체들의 혼합물일 수 있다. 이런 기체, 일반적으로 공기는 조성물의 고형분 모체에 비말동반된다. 이런 기체는 진공 조건에 조성물의 노출에 의해서 제거된다. 실험에서 주지된 대로, 기체의 확장은 실질적이며, 기체를 보유한 기공을 개방하거나 파괴한다고 생각된다. 진공에 노출 후 대기압 조건에서 조성물의 부피는 노출 전 부피의 95% 미만일 것이며, 노출 전 부피의 90% 미만이 더 바람직하고, 노출 전 부피의 85% 미만이 더욱더 바람직하며, 노출 전 부피의 80% 미만이 가장 바람직하다. 당업자는 제거된 기체의 양을 제어할 수 있는데, 95 내지 100%의 기체 제거가 가장 바람직한 양이다. 따라서, 진공 노출 후 최종 조성물은 기체를 갖지 않을 수 있으며, 이것은 기체의 95% 이상이 제거된 것이다.
조성물은 또한 진공 노출 전에 수 불용성 탄수화물의 양으로 알려진 일정량의 수 불용성 탄수화물을 포함할 것이다. 진공에 대한 노출이 가수분해 전에 일어나므로, 진공에 대한 노출 전 수 불용성 탄수화물의 양은 진공에 대한 노출 후 수 불용성 탄수화물의 양과 동일할 것으로 예상된다.
다른 구체예에서, 조성물은 프리 액체, 특히 전처리 공정 동안 생성되거나 사용된 프리 액체를 갖지 않을 것이다. 예를 들어, 뱃치 스팀 폭발은 프리 액체를 가질 수 있지만, 연속 스팀 폭발은 일반적으로 프리 액체를 갖지 않는다. 다른 구체예에서, 조성물은 일정량의 프리 액체를 가질 것이나, 전처리 공정은 스팀 폭발 단계를 포함하지 않을 것이다. 하기 논의된 대로, 이 구체예의 조성물은 프리 액체와 첨가된 액체를 더 포함할 수 있다.
다른 구체예에서, 조성물은 첨가된 액체를 더 포함한다. 일반적으로, 첨가된 액체는 물을 포함하거나, 또는 물이다. 첨가된 액체의 양은 총 질량의 특정된 퍼센트에 대해서 건조 물질 함량을 감소시키는데 필요한 양에 의존한다. 건조 물질 함량은 조성물의 총량의 중량을 기준으로 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트여야 하며, 1 내지 60의 범위 내여야 한다. 조성물의 다른 적합한 건조 물질 함량은 조성물의 총량의 중량을 기준으로 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트로서, 1 내지 50, 1 내지 40, 1 내지 36, 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 1 내지 15, 1 내지 10, 및 5 내지 40로 구성되는 군으로부터 선택된 범위 내이며, 모두 전체 조성물과 비교하여 건조 물질의 중량 퍼센트로 표시된다.
건조 시험 동안 푸르푸랄, 히드록시메틸 푸르푸랄(HMF) 및 아세트산과 같은 휘발분이 제거될 것이므로, 건조 물질 함량은 단지 물 조성물 이하의 조성물의 중량인 것만은 아니다.
조성물은 암모니아, 첨가된 산 및/또는 첨가된 염기 또는 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리 동안 첨가되거나 사용된 다른 공정 반응물들을 함유하지 않는 것이 바람직한데, 이들은 적절히 설계된 전처리 공정에 필요하지 않고, 하류 가공에서 문제를 생성하기 때문이다. 또한, 전처리 공정은 암모니아, 첨가된 산 및/또는 첨가된 염기 또는 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리 동안 첨가되거나 사용된 다른 공정 반응물들을 사용하지 않는 것이 바람직하다.
조성물을 고정한 후, 조성물은 진공을 유지할 수 있는 어떤 종류의 장비에서 발생할 수 있는 진공 조건에 노출된다. 진공의 공급원은 진공 제트(들), 진공 펌프(들), 이젝터(들), 아스피레이트(들), 및 알려진 어떤 다른 진공 공급원과 이제 발명될 것들일 수 있다.
조성물을 진공 조건에 노출시키는 한 가지 바람직한 방법은 흔히 진공 압출기라고 불리는 압출기에서 노출을 수행하는 것이다. 이런 장비는 주로 이송 스크류 및/또는 스크류라고 불리는 스크류를 사용하며, 실리더 내부에서 조성물을 실린더 장치의 진공 구역을 통해 이송시킨다.
진공 조건은 1013.25밀리바(mbar) 이하의 밀리바로 측정된 절대 압력인 대기압보다 낮은 압력이며, 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5 및 0.5 mBar로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 진공 조건에 대한 조성물의 노출은 15 내지 55℃, 15 내지 50℃, 15 내지 45℃, 15 내지 35℃, 및 15 내지 30℃로 구성되는 군으로부터 선택된 온도 범위로 구성되는 온도 범위에서 수행될 수 있다.
조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 진공 조건에 대한 조성물의 노출을 5분, 10분, 20분, 30분, 45분, 및 60분으로 구성되는 군으로부터 선택된 최소 시간 동안 유지하는 것을 더 포함할 수 있다. 최대 노출 시간이 바람직한 경우에도 시간은 600분을 넘지 않아야 한다.
진공 조건하에서 촉매 가수분해, 특히 효소 가수분해를 수행하는 것이 필요하지 않으므로, 조성물은 바람직하게 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 촉매 가수분해할 수 있는 촉매를 실질적으로 갖지 않거나, 또는 갖지 않는다. 실질적으로 갖지 않는다는 것은 어떤 촉매 활성이 촉매 가수분해 단계에서 사용된 촉매 활성의 5% 미만이라는 의미이다. 효소는 알려진 가수분해 촉매이며, 효소의 경우에 촉매 가수분해는 효소 가수분해라고 알려져 있다.
또한, 첨가된 액체는 스팀 폭발 전에 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리의 일부로서 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 분리되었던 C5를 포함하는 것이 바람직하다. 일부 전처리 공정에서, C5를 소킹하거나 추출하는 것이 알려져 있으며, C5는 아라비난과 자일란 성분으로서, 아라비노오스 및 자일로오스의 단량체, 이량체, 올리고머 및 중합체를 포함한다. 이런 C5 제거는 주로 스팀 폭발 전에 행해진다.
수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 유사한 가수분해 조성물을 갖는 이미 가수분해된 생성물과 조합하는 것이 또한 알려져 있으므로, 본 공정은, 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스는 아니지만, 유사하게 이루어진 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 효소 가수분해로부터 제조된 가수분해 생성물을 더 포함할 수 있다.
진공 조건에 대한 노출 후, 진공이 파괴되는데, 이것은 진공 조건에 조성물을 노출시키는 것을 중단하는 단계이다. 이것은 진공 공급원을 조성물로부터 분리하고, 진공을 조성물로부터 제거하거나, 또는 압출기의 경우에는 조성물을 압출기 실린더의 진공 구역을 벗어나 진공 조건하에 있지 않는 상이한 구역으로 이동시킴으로써, 또는 심지어 압출기로부터 탱크 또는 다른 용기로 배출함으로써 행해질 수 있다.
진공 조건에 대한 노출이 파괴된 후, 촉매, 특히 효소 가수분해가 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 효소 가수분해를 수행할 수 있는 적어도 하나의 효소를 첨가함으로써 조성물에 대해서 수행된다.
촉매 가수분해는 진공 조건이 수행된 동일한 용기에서 수행되지 않는것이 바람직하다. 산업적 규모에서 촉매 가수분해 용기는 대형 용기이다. 따라서, 진공하에 촉매 가수분해를 수행하는 것은 진공을 지속할 수 있으면서 가수분해 브로스를 교반하기 위한 많은 가동 부품을 갖는 대형 용기를 필요로 한다. 진공하에 가수분해를 수행함으로써 추가의 비용이 발생할 것이다.
조성물은 조성물이 스크류에 의해서 이송되는 분리된 장비에서 진공에 노출될 수 있다. 당업자는 이런 장비가 진공하에 촉매 가수분해를 수행할 수 있는 대형 용기보다 저렴하다는 것을 인정할 것이다. 또한, 촉매, 특히 효소 가수분해가 어떤 진공 조건하에서 행해지지 않는다는 것이 고찰된다.
실험
샘플 제조
샘플 제조는 다르게 설명되지 않는다면 보고된 모든 실시예에 공통된다.
밀짚을 155℃의 온도에서 65분의 시간 동안 열수 처리했고(소킹), 다음에 액체 스트림과 고형분 스트림으로 분리했다. 고형분 스트림은 4분의 시간 동안 190℃의 온도에서 스팀 폭발시켜 스팀 폭발된 고형분 스트림을 얻었다. 스팀 폭발된 스트림으로부터 프리 액체는 분리하지 않았다.
진공 처리
진공 처리는 다음 과정에 따라서 수행되었다. 샘플을 진공 용기에 넣고 밀봉했다. 진공 펌프에 의해서 용기를 소기시켰다. 압력을 약 10초 안에 30 mbar에 도달시켰고, 다음에 10분 동안 그 수준에서 유지했다.
진공 처리 후, 용기를 대기압으로 환기시켜 진공을 파괴했다.
효소 가수분해
효소 가수분해는 다르게 설명되지 않는다면 보고된 모든 실시예에 공통된다.
전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스 스트림을 바이오리액터에 도입하고, 임펠러로 교반하고, 50℃의 온도에 도달할 때까지 가열했다. KOH 용액에 의해서 pH를 5로 보정했다.
리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 정해진 단백질 농도에서 Novozymes의 효소 칵테일을 도입함으로써 효소 가수분해를 수행했다. 각 실험에서 동일한 칵테일이 상이한 양으로 사용되었다.
실험들에서는 나타낸 바와 같이 상이한 효소 농도가 사용되었다.
효소 가수분해는 48시간 동안 수행되었다. 샘플링은 효소 도입 직전과 효소 도입으로부터 24시간 및 48시간의 가수분해 시간 후에 수행되었다.
가수분해된 스트림에서 글루코오스 및 자일로오스 농도가 표준 HPLC에 의해서 측정되었다.
실시예 1
제1 전처리 단계로부터의 액체 스트림과 스팀 폭발된 고형분 스트림을 0.8의 액체/고형분 비율로 혼합함으로써 25℃의 온도에서 대조군 샘플을 제조했고, 다음에 전체 조성물을 기준으로 건조 물질의 10%의 함량에 도달할 때까지 물을 첨가하여 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리된 스트림을 얻었다.
리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리된 스트림의 1.3kg의 양을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 5mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
0.956 g/l, 8.152 g/l 및 8.50 g/l의 자일로오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
0.113 g/l, 13.934 g/l 및 17.00g/l의 글루코오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스 스트림의 1.3kg의 양을 25℃의 온도에서 진공 처리를 행했다. 진공 처리 동안, 전처리된 스트림은 약 100초 안에 초기 부피의 약 130%에 도달할 때까지 확장했다. 공기의 미세 기포들이 전처리된 스트림에 형성되었다. 진공 용기를 손으로 흔들어서 기포들을 제거하고, 진공 처리 전 전처리된 스트림의 부피의 약 80%의 부피에 도달할 때까지 전처리된 스트림을 붕괴시켰다. 환기 후, 소기된 전처리된 스트림을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 5mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
0.321 g/l, 9.800 g/l 및 10.203 g/l의 자일로오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다. 자일로오스는 제1 전처리 단계로부터의 액체에서 유래하므로, 그것의 존재는 효소 가수분해를 나타내지 않는다.
O g/l, 19.426 g/l 및 22.634 g/l의 글루코오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다. 진공 후 0 g/l의 농도는 진공 동안 가수분해가 일어나지 않았다는 것과 물이 공정 반응물이 아니라는 것을 나타낸다.
대조군 샘플 및 진공 처리된 샘플에 대해서 가수분해 시간에 대한 자일로오스 및 글루코오스의 농도가 도 1에 기록된다.
실시예 2
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 물질을 사용하여, 대조군 샘플을 액체 스트림과 스팀 폭발된 고형분 스트림을 0.8의 액체/고형분 비율로 혼합함으로써 25℃의 온도에서 제조했고, 다음에 건조 물질의 10%의 함량에 도달할 때까지 물을 첨가하여 전처리된 스트림을 얻었다.
전처리된 스트림의 1.3kg의 양을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 7.5mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
0.956 g/l, 9.601 g/l 및 10.402 g/l의 자일로오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
0.113 g/l, 22.3 g/l 및 28.231 g/l의 글루코오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
전처리된 스트림의 1.3kg의 양을 25℃의 온도에서 진공 처리를 행했다. 진공 처리 동안, 전처리된 스트림은 약 100초 안에 초기 부피의 약 130%에 도달할 때까지 확장했다. 공기의 미세 기포들이 전처리된 스트림에 형성되었다. 진공 용기를 손으로 흔들어서 기포들을 제거하고, 진공 처리 전 전처리된 스트림의 부피의 약 80%의 부피에 도달할 때까지 전처리된 스트림을 붕괴시켰다. 환기 후, 소기된 전처리된 스트림을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 7.5mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
0.451 g/l, 11.185 g/l 및 12.052 g/l의 자일로오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
O g/l, 28.201 g/l 및 33.293 g/l의 글루코오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
대조군 샘플 및 진공 처리된 샘플에 대해서 가수분해 시간에 대한 자일로오스 및 글루코오스의 농도가 도 2에 기록된다.
실시예 3
실시예 1 및 2에서 사용된 것과 동일한 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 대조군 샘플을 액체 스트림과 스팀 폭발된 고형분 스트림을 0.8의 액체/고형분 비율로 혼합함으로써 25℃의 온도에서 제조했고, 다음에 건조 물질의 10%의 함량에 도달할 때까지 물을 첨가하여 전처리된 스트림을 얻었다.
전처리된 물질의 1.3kg의 양을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 10mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
0.956 g/l, 10.495 g/l 및 11.31 g/l의 자일로오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
0.113 g/l, 27.325 g/l 및 33.731 g/1의 글루코오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
전처리된 스트림의 1.3kg의 양을 25℃의 온도에서 진공 처리를 행했다. 진공 처리 동안, 전처리된 스트림은 약 100초 안에 초기 부피의 약 130%에 도달할 때까지 확장했다. 공기의 미세 기포들이 전처리된 스트림에 형성되었다. 진공 용기를 손으로 흔들어서 기포들을 제거하고, 진공 처리 전 전처리된 스트림의 부피의 약 80%의 부피에 도달할 때까지 전처리된 스트림을 붕괴시켰다. 환기 후, 소기된 전처리된 스트림을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 10mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
0.418 g/l, 12.698 g/l 및 13.504 g/l의 자일로오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
O g/l, 34.85l g/l 및 39.596 g/l의 글루코오스의 농도가 효소 도입 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
대조군 샘플 및 진공 처리된 샘플에 대해서 가수분해 시간에 대한 자일로오스 및 글루코오스의 농도가 도 3에 기록된다.
실시예 4
이 대조군 실험은 전처리된 스트림이 효소 도입 전에 진공에 노출된 실시예 3의 샘플에 상응한다.
전처리된 스트림의 1.3kg의 양을 25℃의 온도에서 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 10mg의 농도에서 Novozymes의 효소 칵테일에 첨가하고, 이어서 진공 처리를 행했다. 진공 처리 동안, 전처리된 스트림은 약 100초 안에 초기 부피의 약 130%에 도달할 때까지 확장한다. 공기의 미세 기포들이 전처리된 스트림에 형성되었다. 진공 용기를 손으로 흔들어서 기포들을 제거하고, 진공 처리 전 전처리된 스트림의 부피의 약 80%의 부피에 도달할 때까지 전처리된 스트림을 붕괴시켰다. 환기 후, 이미 효소 칵테일이 첨가된 전처리된 스트림을 바이오리액터에 도입하고, 임펠러로 교반하고, 50℃의 온도에 도달할 때까지 가열했다. KOH 용액에 의해서 pH를 5로 보정했다.
효소 가수분해는 48시간 동안 수행되었다. 샘플링은 바이오리액터에 도입하기 직전과 효소 도입으로부터 24시간 및 48시간의 가수분해 후에 수행되었다.
7.23 g/l, 12.698 g/l 및 12.805 g/l의 자일로오스의 농도가 바이오리액터에 도입하기 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다.
3.373 g/l, 31.498 g/l 및 35.971 g/l의 글루코오스의 농도가 바이오리액터에 도입하기 직전, 24시간 후 및 48시간 후에 각각 측정되었다. 글루코오스 농도가 0이 아닌 것은 효소 가수분해를 나타내지만, 이 가수분해는 대기압에서 효소의 첨가 후에 일어났는데, 이는 효소 가수분해가 본 분야에서 주지된 대로 진공 조건하에서 수행될 필요가 없다는 것을 나타낸다.
효소 도입 전 진공에 노출된 샘플 및 효소 도입 후 진공에 노출된 샘플에 대하여 가수분해 시간에 대한 자일로오스 및 글루코오스의 농도가(진공 가수분해) 도 4에 기록된다. 이들 결과는 효소 없이 전처리된 스트림을 진공에 노출시키는 것이 이미 효소가 첨가된 전처리된 스트림을 진공에 노출시키는 것보다 월등하다는 것을 나타내는데, 다시 말해서, 놀랍게도, 진공을 사용하고, 공기를 제거하고, 이후 공정 반응물을 첨가하는 것뿐만 아니라 반응물을 침투시키기 위해서 진공을 사용하는 것은 통하지 않는다.
실시예 5
앞서 보고된 실험에 관하여 밀짚 원료의 상이한 공급원에 대해서 실험을 수행했다.
제1 전처리로부터의 액체 스트림과 스팀 폭발된 고형분 스트림을 0.8의 액체/고형분 비율로 혼합함으로써 25℃의 온도에서 대조군 샘플을 제조했고, 다음에 건조 물질의 10%의 함량에 도달할 때까지 물을 첨가하여 전처리된 스트림을 얻었다.
전처리된 물질의 1.3kg의 양을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 10mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
전처리된 스트림의 1.3kg의 양을 25℃의 온도에서 진공 처리를 행했다. 진공 처리 동안, 전처리된 스트림은 약 100초 안에 초기 부피의 약 130%에 도달할 때까지 확장한다. 공기의 미세 기포들이 전처리된 스트림에 형성되었다. 진공 용기를 손으로 흔들어서 기포들을 제거하고, 진공 처리 전 전처리된 스트림의 부피의 약 80%의 부피에 도달할 때까지 전처리된 스트림을 붕괴시켰다. 환기 후, 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 소기된 전처리된 스트림을 전처리된 스트림에 함유된 전체 셀룰로오스의 그램당 단백질 10mg의 농도에서 효소 가수분해를 행했다.
효소 가수분해는 144시간의 장기간 동안 수행되었다. 샘플링은 바이오리액터에 도입하기 직전과 효소 도입으로부터 6, 24, 48, 72, 96, 120 및 144시간의 가수분해 시간 후에 수행되었다.
대조군 샘플 및 진공 처리된 샘플에 대해서 가수분해 시간에 대한 자일로오스 및 글루코오스의 정규화된 농도가 도 5에 기록된다.
이 데이터는 상대적으로 많은 양의 자일로오스와 글루코오스가 물 및 전처리로부터의 액체의 존재에서 진공에 노출되었을 때만 전환되고, 스팀 폭발 후에 프리 액체의 적어도 일부는 스팀 폭발된 스트림으로부터 분리되지 않았음을 나타낸다.

Claims (49)

  1. A) 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계로,
    상기 조성물은 건조 물질 함량을 가지며,
    상기 조성물은 전처리 공정에서 가공된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 생성된 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스, 및 전처리 공정 후 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 첨가된 액체를 포함하고,
    조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질 함량의 중량 퍼센트는 1 내지 60 중량 퍼센트 범위인 단계;
    B) 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 것을 중단하는 단계;
    C) 적어도 하나의 촉매를 상기 조성물에 첨가하는 단계로, 상기 촉매는 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 단계; 및
    D) 상기 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 촉매 가수분해를 수행하는 단계
    를 포함하는 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 글루코오스의 회수율을 증가시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계 A) 및 상기 촉매 가수분해를 수행하는 단계 D)는 동일한 용기에서 수행되지 않는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 진공 조건은 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 및 0.5 mBar로 구성되는 군으로부터 선택된 밀리바(mbar)로 측정된 절대 압력보다 낮은 것인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트는 1 내지 50, 1 내지 40, 1 내지 36, 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 1 내지 15, 1 내지 10, 및 5 내지 40으로 구성되는 군으로부터 선택된 범위인 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 진공 조건에 대한 조성물의 노출을 5분, 10분, 20분, 30분, 45분, 및 60분으로 구성되는 군으로부터 선택된 최소 시간 동안 유지하는 것을 포함하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 대한 노출은 15 내지 55℃, 15 내지 50℃, 15 내지 45℃, 15 내지 35℃, 및 15 내지 30℃로 구성되는 군으로부터 선택된 온도 범위로 구성된 온도 범위에서 수행되는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가된 액체는 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 촉매를 갖지 않는 것인 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 먼저 첨가된 액체는 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 전처리하는데 사용된 전처리 공정의 일부로서 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 분리된 C5를 포함하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가된 액체는 유사하게 이루어진 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 촉매 가수분해로부터 제조된 가수분해 생성물을 더 포함하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 조성물이 스크류로 이송되면서 수행되는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 가수분해를 수행하는 것은 어떤 진공 조건하에서 행해지지 않는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정은 연속 공정인 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 노출 전 조성물은 암모니아를 갖지 않는 것인 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 효소를 포함하며, 상기 촉매 가수분해는 효소 가수분해를 포함하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리 공정은 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 전처리하기 위해서 암모니아를 사용하지 않았던 것인 방법.
  16. A) 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계로,
    상기 조성물은 건조 물질 함량을 가지며,
    상기 조성물은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 포함하고,
    조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질 함량의 중량 퍼센트는 1 내지 60 중량 퍼센트 범위이고,
    상기 조성물이 프리 액체를 갖지 않는 단계;
    B) 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 것을 중단하는 단계;
    C) 적어도 하나의 촉매를 상기 조성물에 첨가하는 단계로, 상기 촉매는 상기 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 단계; 및
    D) 상기 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 촉매 가수분해를 수행하는 단계
    를 포함하는 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 글루코오스의 회수율을 증가시키는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 진공 조건은 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 및 0.5 mBar로 구성되는 군으로부터 선택된 밀리바(mbar)로 측정된 절대 압력보다 낮은 것인 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트는 1 내지 50, 1 내지 40, 1 내지 36, 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 1 내지 15, 1 내지 10, 및 5 내지 40으로 구성되는 군으로부터 선택된 범위인 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 진공 조건에 대한 조성물의 노출을 5분, 10분, 20분, 30분, 45분, 및 60분으로 구성되는 군으로부터 선택된 최소 시간 동안 유지하는 것을 포함하는 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 대한 노출은 15 내지 55℃, 15 내지 50℃, 15 내지 45℃, 15 내지 35℃, 및 15 내지 30℃로 구성되는 군으로부터 선택된 온도 범위로 구성된 온도 범위에서 수행되는 방법.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 실린더의 내부에 스크류를 가진 실린더를 사용하여 수행되는 것인 방법.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 가수분해를 수행하는 것은 어느 진공 조건하에서 행해지지 않는 것인 방법.
  23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정은 연속 공정인 방법.
  24. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 노출 전 조성물은 암모니아를 갖지 않는 것인 방법.
  25. 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리 공정은 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 전처리하기 위해서 암모니아를 사용하지 않았던 것인 방법.
  26. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 효소를 포함하며, 상기 촉매 가수분해는 효소 가수분해를 포함하는 방법.
  27. A) 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계로,
    상기 조성물은 건조 물질 함량을 가지며,
    상기 조성물은 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스, 및 프리 액체프리 액체고,
    조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질 함량의 중량 퍼센트는 1 내지 60 중량 퍼센트 범위인 단계;
    B) 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 것을 중단하는 단계;
    C) 적어도 하나의 촉매를 상기 조성물에 첨가하는 단계로, 상기 촉매는 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 단계; 및
    D) 상기 조성물 중 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 촉매 가수분해를 수행하는 단계
    를 포함하는 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 글루코오스의 회수율을 증가시키는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 진공 조건은 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 및 0.5 mBar로 구성되는 군으로부터 선택된 밀리바(mbar)로 측정된 절대 압력보다 낮은 것인 방법.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트는 1 내지 50, 1 내지 40, 1 내지 36, 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 1 내지 15, 1 내지 10, 및 5 내지 40으로 구성되는 군으로부터 선택된 범위인 방법.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 진공 조건에 대한 조성물의 노출을 5분, 10분, 20분, 30분, 45분, 및 60분으로 구성되는 군으로부터 선택된 최소 시간 동안 유지하는 것을 포함하는 방법.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 대한 노출은 15 내지 55℃, 15 내지 50℃, 15 내지 45℃, 15 내지 35℃, 및 15 내지 30℃로 구성되는 군으로부터 선택된 온도 범위로 구성된 온도 범위에서 수행되는 방법.
  32. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 실린더의 내부에 스크류를 가진 실린더를 사용하여 수행되는 방법.
  33. 제 27 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 가수분해를 수행하는 것은 어떤 진공 조건하에서 행해지지 않는 것인 방법.
  34. 제 27 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정은 연속 공정인 방법.
  35. 제 27 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 노출 전 조성물은 암모니아를 갖지 않는 것인 방법.
  36. 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리 공정은 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 전처리하기 위해서 암모니아를 사용하지 않았던 것인 방법.
  37. 제 27 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 효소를 포함하며, 상기 촉매 가수분해는 효소 가수분해를 포함하는 방법.
  38. A) 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계로,
    상기 조성물은 건조 물질 함량을 가지며,
    상기 조성물은 적어도 하나의 기체 및 전처리 공정에서 가공된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 생성된 일정량의 수 불용성 탄수화물로 이루어진 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스, 및 전처리 공정 후 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스에 첨가된 액체를 포함하고,
    조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질 함량의 중량 퍼센트는 1 내지 60 중량 퍼센트 범위인 단계; 및
    B) 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 것을 중단하는 단계로, 생성물 중 기체의 양은 진공 노출 전에 존재하는 기체의 양보다 적어지고, 진공 노출 전 수 불용성 탄수화물의 양은 진공 노출 후 수 불용성 탄수화물의 양과 동일한 단계
    를 포함하는 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 글루코오스의 회수율을 증가시키는 방법에 의해서 생산된 생성물.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 진공 조건은 950, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 및 0.5 mBar로 구성되는 군으로부터 선택된 밀리바(mbar)로 측정된 절대 압력보다 낮은 것인 생성물.
  40. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서, 조성물의 총량의 중량을 기준으로 상기 조성물의 건조 물질의 중량 퍼센트는 1 내지 50, 1 내지 40, 1 내지 36, 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 1 내지 15, 1 내지 10, 및 5 내지 40으로 구성되는 군으로부터 선택된 범위인 생성물.
  41. 제 38 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 진공 조건에 대한 조성물의 노출을 5분, 10분, 20분, 30분, 45분, 및 60분으로 구성되는 군으로부터 선택된 최소 시간 동안 유지하는 것을 포함하는 생성물.
  42. 제 38 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 대한 노출은 15 내지 55℃, 15 내지 50℃, 15 내지 45℃, 15 내지 35℃, 및 15 내지 30℃로 구성되는 군으로부터 선택된 온도 범위로 구성된 온도 범위에서 수행되는 생성물.
  43. 제 38 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가된 액체는 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 가수분해할 수 있는 촉매를 갖지 않는 생성물.
  44. 제 38 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가된 액체는 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 전처리의 일부로서 수 불용성 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스로부터 분리된 C5를 포함하는 생성물.
  45. 제 38 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가된 액체는 유사하게 이루어진 전처리된 리그노-셀룰로오스 바이오매스의 촉매 가수분해로부터 제조된 가수분해 생성물을 더 포함하는 생성물.
  46. 제 38 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 진공 조건에 노출시키는 단계는 실린더의 내부에 스크류를 가진 실린더를 사용하여 수행되는 생성물.
  47. 제 38 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정은 연속 공정인 생성물.
  48. 제 38 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 조건에 노출 전 조성물은 암모니아를 갖지 않는 것인 생성물.
  49. 제 38 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리 공정은 리그노-셀룰로오스 바이오매스를 전처리하기 위해서 암모니아를 사용하지 않았던 것인 생성물.
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