KR20150047485A

KR20150047485A - 바이오―베이스의 섬유 검들（ＢＦＧｓ）및 ＢＦＧ들의 생산 공정

Info

Publication number: KR20150047485A
Application number: KR1020157003755A
Authority: KR
Inventors: 마드하브 피. 야다브; 케빈 비. 힉스; 데이비드 존스톤; 카일 에이. 하나; 트리베니 피. 슈클라
Original assignee: 더 유나이티드 스테이츠 오브 아메리카, 애즈 레프리젠티드 바이 더 세크러테리 오브 애그리컬쳐; 지-트림 홀딩스 인코포레이티드
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-05-04
Also published as: EA201590076A1; EP2872561A1; MX2015000456A; CN104662076A; WO2014011449A1; US9434788B2; US20140017376A1; AU2013289018A1; IN2015DN00924A; JP6189435B2; ZA201500264B; EP2872561A4; AU2013289018B2; JP2015531004A; CA2878818A1

Abstract

바이오베이스의 섬유 검들의 제조 공정들 및 이들 공정들에 의하여 생산된 산물들 및 그것들의 용도들의 일부.

Description

바이오―베이스의 섬유 검들（ＢＦＧｓ）및 ＢＦＧ들의 생산 공정{BIO-BASED FIBER GUMS (BFGS) AND PROCESSES FOR PRODUCING BFGS}

바이오-베이스의 섬유 검들(BFG들) 및 BFG들의 생산 공정에 대한 것이다.

여기 기재된 것은 하기를 포함하는 바이오-베이스의 섬유 검들의 제조 공정들이다:

(a) 약 75°내지 약 150℃의 범위에서의 (그리고 바람직하게는 약 85°내지 약 90℃의 범위에서의) 온도에서 가열된 알칼리 용액으로 농업적 물질들을 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;

(b) 상기 슬러리로부터 불용성(insoluble) 성분들(component)을 분리해 약 9 내지 약 14의 (그리고 바람직하게는 약 10 내지 약 12의 범위 내의) pH를 갖는 용액을 생산하는 단계로, 이때 상기 용액은 약 0.1 내지 약 10 wt% 고형물들을 포함하고, 이때 상기 고형물들을 알칼리 용해성(soluble) 부분(fraction)들인 단계;

및 하기 중 하나:

(c) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고(evaporating), 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(d) 약 2 내지 약 12의 pH로 (그리고 바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 상기 용액의 pH를 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(e) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고, 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 상기 용액의 pH를 조정하고, 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(f) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고 그리고 상기 용해성 성분들을 약 2 내지 약 5 배 부피의(volumes of) 유기 용매(예컨대 에탄올, 이소프로판올)로 침전시켜 침전물(precipitate) 및 상청액(supernatant)을 형성하고, 그리고 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(g) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고, 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 상기 용액의 pH를 조정하고, 그리고 용해성 성분들을 1 내지 5 배 부피(바람직하게는 2 배 부피)의 유기 용매(예컨대 에탄올, 이소프로판올)로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(h) 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 상기 용액의 pH를 조정하고, 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고 그리고 상기 용해성 성분들을 약 1 내지 5 배 부피들(바람직하게는 약 2 배 부피들)의 유기 용매(예컨대 에탄올, 이소프로판올)로 침전시켜, 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계; 또는

(i) 약 2 내지 약 5의 pH로 (바람직하게는 약 3.5 내지 약 4.5로) 상기 용액의 pH를 조정하여, 헤미셀룰로스(Hemicellulose) A를 침전시키고 그리고 남은 용액이 약 2 배 부피의 유기 용매(예컨대 에탄올, 이소프로판올)로 처리되어 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계; 및

선택적으로 상기 용액이 하기 중 적어도 하나로 전처리되는 단계;

(1) 상기 용액을 탈염시키고(de-salting), 상기 탈염된 용액이 용액이 되는단계;

(2) 적어도 하나의 나노여과(nano-filtration) 막(membrane) 또는 한외여과(ultra-filtration) 막 또는 디아필트레이션(diafiltration) 막을 통하여 상기 용액을 처리하고(processing) 그리고 상기 투과액(permeate)이 용액이 되는 단계;또는

(3) 적어도 하나의 나노여과 막 또는 한외여과 막 또는 디아필트레이션 막을 통해 상기 용액을 처리하고, 그리고 상기 농축물(retentate)이 용액이 되는 단계.

또한 기재된 것은 이들 공정들에 의하여 생산된 산물들 및 그것들의 용도들 중 일부이다.

리그노셀룰로스(lignocellulosic) 농업의 잔여물들(예컨대, 옥수수 대, 밀짚, 볏짚 등), 농업적 공정 부산물들(예컨대 옥수수 겨, 옥수수 섬유, 귀리 겨, 왕겨, 사탕수수 바가스(bagasse),등) 및 에너지 작물들(예컨대, 억새(miscanthus) 스위치그래스(switch grass), 등)이 알칼리 용액들로 추출되어 식품 및 바이오연료 적용들을 위한 셀룰로스-풍부 부분들을 생산할 때, 공정으로부터 폐기물 흐름(stream)이 있는데, 이는 그것이 버려질 수 있기 전에 비싼 폐기물 처리를 겪어야만 한다. 동시에, 석유 유래(petroleum-derived) 및/또는 수입된 수중유적형(oil-in-water) 및 유중수적형(water-in-oil) 유화제들, 접착제들, 결합제들(bindingagents), 유정 시추(oil-well drilling)- 및 수력 파열(hydraulic fracturing)- 유체들, 증점제들(viscosifiers), 항산화제들, 용해성 식이섬유들, 및 혈청 콜레스테롤 감소제(reducing agent)들을 대체할 수 있는 낮은 비용, 바이오베이스의(biobased) 산물들에 대한 요구가 현재 있다. 놀랍게도, 우리는 상기 언급한 리그노셀룰로스 산물 공정으로부터의 폐기물 흐름이 증발시키기, 건조, 막 여과, 용매 침전 및/또는 여기에 기재된 다른 방법들에 의하여 가공되어 상기 언급한 석유-유래 및/또는 수입된 산물들의 대체물들로서 작용할 수 있는 신규 조성물들을 생산할 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 같이 이 발견은 부정적 가치를 갖는 폐기물 물질을 여기에 기재된 많은 적용들을 갖고 가치가 부가된 산물로 전환하는 것을 가능하게 한다.

바이오베이스의 섬유 검들의 제조 공정들 및 이들 공정들에 의하여 생산된 산물들 및 그것들의 용도들의 일부를 제공한다.

바이오-베이스의 섬유 검들(BFG들) 및 BFG들의 생산 공정을 제공한다.

도 1은 농업적 잔여물들 (예컨대, 옥수수 대, 밀짚, 볏짚, 등), 농업적 공정의 부산물들 (예컨대, 옥수수 겨, 옥수수 섬유, 귀리 겨, 왕겨, 사탕수수 바가스(bagasse), 등) 또는 에너지 작물들 (예컨대, 억새(miscanthus), 스위치그래스(switch grass), 등)의 알칼리 추출물들로부터의 미정제, 반-정제된, 또는 정제된 바이오베이스의 섬유 검들(Bio-based Fiber Gums) (BFGs)을 생산하기 위한 우리의 신규 공정들 몇몇의 도해를 보여주며,이는 상기 추출물(pH 조정을 하여 또는 하지 않고)의 직접적인 증발(부분적 증발)에 뒤이어 에탄올 침전, 스프레이 건조 또는 드럼 건조에 의하여 미가공 및 반-정제된 BFG들을 만드는 단순한 공정들(도면의 왼편); 또는 (도면의 오른편) 다른 유용한 산물들(도로 제빙기들, 비료들, 항산화제들, 및 프리바이오틱스에 적합한 올리고당과 같은)을 포함하는 투과액들을 갖고, 분자량에 의하여 분리되며 순차적 막 처리의 농축물 내에서 주로 발견되는 성분들을 갖는 정제 독특한 BFG 부분들을 만들기 위한 근소한 분자량 컷오프(nominal molecular-weight cut-off) (MWCO)를 증가시키는 막들로 순차적 처리를 포함하는 더 정교한 공정들을 포함한다.
도 2는 농업적 산물들 또는 농업적 부산물들 (예컨대, 옥수수 겨(bran))의 알칼리 추출물로부터 반-정제 및 정제된 바이오베이스의 섬유 검들을 생산하는 우리의 신규 공정들 중 몇몇의 도해를 보여주는데, 이는 낮고, 중간의 또는 높은 분자량 컷오프 막들의 처리에 뒤이어 농축물들 및 투과액들을 증발(부분적 건조) 공정을 하고, 뒤이어 하기 기재한 바와 같이 에탄올 침전 또는 스프레이 또는 드럼 건조하는 것을 포함한다. 정제된 BFG들은 다른 유용한 산물들(도로 제빙기들, 비료들, 항산화제들, 및 프리바이오틱스 올리고당과 같은)을 포함하는 투과액들과 건조된 농축물들 내에서 주로 발견된다. 건조 전 에탄올 침전을 거치는 농축물들 또한 정제된 BFG들이다.
도 3은 농업적 산물 또는 농업적 부산물들 (예컨대, 옥수수 겨)의 알칼리 추출물들로부터 반-정제된 그리고 정제된 바이오베이스의 섬유 검들을 생산하는 우리의 신규 공정들 중 몇몇의 도해를 보여주는데, 이는 당업계에 알려진 한외여과 또는 다른 단순히 효과적인 여과 또는 회분 제거 시스템들에 의한 추출물의 단순한 회분제거에 뒤이어 증발(부분적 건조)에 뒤이어 하기 기재된 바와 같이 에탄올 침전, drum, 또는 스프레이 건조를 포함하고; 대체하여 농축물의 산성화에 의하여 헤미셀룰로스 A 및 헤미셀룰로스 B 바이오-베이스의 섬유 검(gum)들의 분리된 흐름들이 생산될 수 있다. 에탄올 침전 없이 생산된 이것들은 반-정제된 BFG들이고 에탄올 침전으로 생산된 것들은 정제된 BFG들이다.
도 4는 도 1의 섹션인데, 이는 농업적 산물 또는 농업적 부산물들(예컨대, 옥수수 겨)의 알칼리 추출물로부터의 미가공(crude) 및 반-정제된 바이오베이스의 섬유 검들을 생산하는 우리의 가장 단순한 신규 공정들의 도해를 보여주고, 이는 상기 추출물(pH 조정을 하여 또는 하지 않고)의 직접적인 증발(부분적 건조)를 위한 단순한 공정들에 뒤이어 에탄올 침전, 스프레이 건조, 또는 드럼 건조를 포함한다. 에탄올 침전 없이 만들어진 것들은 미가공(crude) BFG들인 반면 에탄올 침전을 하여 만들어진 것들은 반-정제된 BFG들이다.
도 5는 농업적 산물들 또는 농업적 부산물들 (예컨대, 옥수수 겨)의 알칼리 추출물들로부터 반-정제 및 정제된 바이오베이스의 섬유 검들을 생산하는 우리의 신규 공정들 중 하나의 도해인 도 1의 부분의 단순화된 버젼을 보여주는데, 이는 분자량에 의하여 분리되고 하기 기재한 바와 같이 에탄올 침전, 스프레이 건조, 또는 드럼 건조가 뒤따르는, 성분들을 갖는 반-정제 또는 정제된 독특한 부분들을 생산하기 위하여 적어도 하나의 나노-여과 또는 한외-여과 막 또는 디아필트레이션(diafiltration) 막의 처리를 포함하는 공정들을 포함한다. 에탄올 침전 없이 만들어지는 것들은 BFG들의 적어도 반-정제 혼합물들인 반면, 에탄올 침전으로 만들어지는 것들은 정제된 BFG들이다.
도 6은 하기 기재된 다른 바인더들을 이용하여 생산된 석유(petroleum) 코크스(coke) 펠렛들의 압축력 테스트 수치들을 보여준다. 바인더들은 표시된 레벨들로 사용된 리그노설포네이트, 전분(starch), 전분 바인더 및 젤라틴은 예외로 하고, 0.8%로 첨가되었다. 5 psi에서의 파선(dashed line)은 펠렛들의 최소 허용가능한 레벨을 가리킨다.

관련된 출원의 참조

이 출원은 2012년 7월 11일 출원된 미국 가출원 61/670,188의 이익을 주장하며, 이는 여기에 전체로서 참조로 포함된다.

본 발명의 개요

하기를 포함하는 바이오-베이스의 섬유 검의 제조를 위한 공정들:

(a) 약 75°내지 약 150 ℃의 범위 내 (그리고 바람직하게는 약 85°내지 약 90 ℃의 범위 내)의 온도에서 가열된 알칼리 용액과 농업적 물질들을 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;

(b) 상기 슬러리로부터 불용성 성분들을 분리하여 약 9 내지 약 14의 (그리고 바람직하게는 약 10 내지 약 12의 범위 내의) pH를 갖는 용액을 생산하고, 이때 상기 용액은 약 0.1 내지 약 10 wt% 고형물들을 포함하고, 이때 상기 고형물들은 알칼리 용해성 부분들인 단계;

및 하기 중 하나:

(c) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 분말로 건조시키는 단계;

(d) 약 2 내지 약 12의 pH로 (그리고 바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 상기 용액의 pH를 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 건조시키고, 분말로 건조시키는 단계;

(e) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 조정하고, 분말로 건조시키는 단계;

(f) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고 그리고 상기 용해성 성분들을 약 2 내지 약 5 배 부피의 유기 용매들(예컨대 에탄올, 이소프로판올)로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(g) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 상기 용액을 증발시키고, 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 용액의 pH를 조정하고, 용해성 성분들을 1 내지 5 배 부피의 (바람직하게는 2 배 부피의) 유기 용매 (예컨대 에탄올)로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(h) 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 용액의 pH를 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그리고 상기 용해성 성분들을 약 1 내지 5 배 부피의 (바람직하게는 약 2 배 부피의) 유기 용매(예컨대 에탄올)로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계; 또는

(i) 약 2 내지 약 5의 pH로 (바람직하게는 약 3.5 내지 약 4.5로) 상기 용액의 pH를 조정하여 헤미셀룰로스(Hemicellulose) A를 침전시키고 그리고 남은 용액을 약 2 배 부피의 용매(예컨대 에탄올)로 처리하여 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 각각 건조시키는 단계;및

선택적으로 상기 용액이 하기의 적어도 하나로 전처리된다:

(1) 상기 용액을 탈염시키고 상기 탈염된 용액이 용액이 되는 단계;

(2) 적어도 하나의 나노여과 막 또는 한외여과 막 또는 이다필트레이션 막을 통하여 상기 용액을 처리하고 그리고 상기 투과액이 용액이 되는 단계;또는

(3) 적어도 하나의 나노여과 막 또는 한외여과 막 또는 디아필트레이션 막을 통하여 상기 용액을 처리하고 농축물이 용액이 되는 단계.

또한 이들 공정들에 의하여 생산된 산물들 및 이것들의 용도들의 일부.

이 개요는 발명의 상세한 설명에서 하기에 더 기재될 것인 간략한 형태의 개념의 선택을 소개하기 위하여 제공된다. 이 개요는 주장된 주제의 주요 특징들 또는 본질적인 특징들을 확인하도록 의도되지 않으며, 주장된 주제의 범위를 결정하는 목적으로 의도되지 않는다.

본 발명의 상세한 설명

공개된 것은 농업적 산물들 및/또는 리그노셀룰로스 농업적 부산물들(예컨대 옥수수 겨/섬유 또는 귀리 겨, 밀기울, 보릿짚 및 껍질(hull)과 같은 다른 겨/섬유 샘플들, 사탕수수 바가스, 옥수수 대, 밀짚, 수수 겨) 및/또는 리그노셀룰로스 에너지 작물(예컨대, 스위치그래스 및 억새)의 알칼리 추출에 의한 신규 바이오-베이스의(bio-based) 섬유(fiber) 검들(gums) (BFGs) 및 혼합물들의 생산 공정들이다. 용어 "농업적 물질들"은 농업적 산물들, 리그노세룰로스(lignocellulosic) 농업적 부산물들 및 리그노셀룰로스 에너지 작물들, 각각 또는 혼합물들을 포함하는 것으로 여기에서 정의된다. 이들 공정들은 하기 단계들에 의하여 생산되는 용액을 이용한다: (a) 약 75°내지 약 150℃ (예컨대, 75-150℃; 바람직하게는 약 85° 내지 약 90℃ (예컨대, 85-90℃))의 온도 범위에서 농업적 물질들을 가열된 알칼리 용액과 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;및 (b) 상기 슬러리로부터 불용성 성분들을 분리하여 약 9 내지 약 14 (예컨대, 9-14; 바람직하게는 약 10 내지 약 12 (예컨대, 10-12))의 pH를 갖는 용액을 생산하고, 이때 상기 용액은 약 0.1 내지 약 10 wt% (예컨대, 0.1-10 wt%) 고형물들을 포함하고, 이때 상기 고형물들은 알칼리 용해성 부분들인 단계. 신규 산물들의 몇몇 종류들(예컨대, 하기 기재된 비-BFG 성분들을 포함하는 미가공(crude), 반-정제(semi-pure), 및 정제(pure), 뿐 아니라 투과액(permeate) 샘플들)은, 비록 옥수수 겨 또는 다른 겨/섬유 샘플들, 농업적 부산물들 및 리그노셀룰로스 에너지 작물들을 포함하는 농업적 물질들을 알칼리 수용액으로 추출하는 동일한 산물이 다른 유사한 공정들에 의하여 만들어질 수 있는 것임에도 불구하고, 알칼리 추출물 내 존재하는 산물들(상기 "용액")로 미국 특허 5,766,662의 실행에 의한 ZTrim과 같은 셀룰로스(cellulosic) 겔(gels)들을 만드는 것으로부터 야기되는 폐기물 흐름(상기 "용액")으로부터 만들어질 수 있다. 미국 특허 5,766,662 하 Z-Trim 공정에서, 옥수수 겨 및 다른 리그노셀룰로스(lignocellulosic) 물질들은 (과산화수소가 없는) 뜨거운 수산화 나트륨 용액으로 추출되어, 알칼리 용해성 성분들을 추출하고, 셀룰로스가 풍부한 것으로 발견된 잔여물들을 남긴다; 우리의 조성물들은 이들 물질들을 포함하지 않는다. 우리의 공정들은 용해성 아라비노자일란(arabinoxylan) 및 다른 특유의 유용한 성분들을 포함하며 우리의 바이오-베이스의 섬유 검들(BFG) 및 혼합물들을 만들기 위하여 그것을 이용하는 그 알칼리 추출물 "폐기물 흐름"을 이용할 수 있다.

몇몇의 특유의 공정들은 우리의 미가공(crude) 검 혼합물들 및 정제된(purified) 검들을 생산하는데 이용될 수 있다. 이들 공정들 중 일부는 도 1-5에 제공되는데, 이것들은 한외여과 또는 디아필트레이션 막 또는 다른 여과, 침전, 및 탈이온화 시스템들을 이용하여 이들 BFG들 및 혼합물들을 만드는 공정들의 실시예들이다.

도 1의 공정들을 이용한 미가공(crude) 및 반-정제된(semi-purified) BFG들 및 혼합물들: 도 1 (및 도 4)에서, 미국 특허 5,766,662로부터의 폐기물 흐름 또는 약 0.6 내지 약 0.9 wt% 고형물들 (예컨대, 0.6-0.9 wt%))를 갖는, 임의의 다른 적합한 농업적 물질들(예컨대, 옥수수 겨 또는 다른 겨/섬유/ 식물 바이오매스 샘플들)의 알칼리(alkaline) 추출물은 몇몇의 신규 공정들을 이용하여 신규 조성물들로 전환될 수 있다. 한 공정은 폐기물 흐름의 농축을 포함하는데, 이는 그것의 초기 낮은 고형분들 함량으로부터 약 16 내지 약 23 wt% (예컨대, 16-23 wt%) 고형물들까지, 상온에서 오래 상하지 않는(shelf-stable) 산물을 만들기 위하여 더 건조될 수 있는 농축된 용액을 생산하기 위하여, 증발기(evaporator)에서 약 11.8 (예컨대, 11.8)의 그것의 초기 pH에서 증발(부분적 건조)에 의한 것이다. 증발은 예컨대, 증기(steam), 전기적 가열, 진공, 다중 효용(multiple effect), 단일 효용(single effect), 등을 이용하여 물을 증발시키는 업계에 알려진 시스템의 임의의 타입을 이용할 수 있다. 대체하여, 식품 및 비-식품 산물 적용들을 중성 또는 산성 pH 값들을 요구하는 그것들로 확장하기 위하여, 증발기 내에서 더 높은 고형물들 함량으로 농축하기 전에 또는 그 이후에, 상기 폐기물 흐름은 미네랄 또는 유기산(예컨대 염산 및 황산(미네랄 산) 또는 구연산 또는 아세트산 (유기산들)의 첨가에 의하여, 약 4 내지약 7의 더 낮은 pH (예컨대, pH 4-7)로 환원(reduce)될 수 있다. 증발(부분적 건조)는 더 높은 고형물들로 용액을 농축시키는 효율적인 방법이나 산물을 완전히 건조시키기 위한 좋은 방법은 아니다. 이들 농축된 미가공(crude) BFG 혼합물들은 그 다음에 예컨대, 포장 전에 스프레이 건조 또는 드럼(drum) 건조에 의하여 건조될 수 있다. 드럼 건조를 위하여, 원래의 또는 조정된 pH 값들에서 약 0.6 to 0.9 wt% (예컨대, 0.6-0.9 wt%) 고형물들을 갖는 원래의 알칼리 추출물은 더 높은 고형물들 함량(예컨대, 약 20 내지 약 30 wt% (예컨대, 20-30 wt%), 바람직하게는 약 23 wt% 고형물들 (예컨대, 23 wt%))으로 건조될 수 있고 드럼 건조 공정에 의하여 분말로 건조될 수 있다. 드럼 드라이어에서 건조시키기 전에 상당히 높은 wt% 고형물들로 용액들을 건조시킬 수 있는데, 걸쭉한(thick) 용액은 회전하는 뜨거운 드럼의 꼭대기에 쉽게 부을 수 있고, 물은 빨리 증발되고, 그리고 산물은 그 다음에 롤러에서 벗겨내어진다. 스프레이 건조를 위하여, 원래의 알칼리 또는 pH-조정된 추출물이 약 16 내지 약 20 wt% 고형물들 (예컨대, 16-20 wt%)로 증발될 수 있고, 그 다음에 스프레이 드라이어를 이용함으로써 분말로 건조될 수 있다. 스프레이 드라이어를 갖고, 용액을 너무 많이 농축하지 않도록 주의해야 하는데, 왜냐하면 용액이 매우 점성이 있을 수 있기 때문이다. 스프레이 건조에서, 좁은 배관(tubing)을 통하여, 그리고 그 다음에 고분산된(highly dispersed) 스프레이를 가열된 공기로 옮기고, 즉시 스프레이를 건조시키는 좁은 "분무기(atomizer)"를 통하여 액체를 퍼올려(pump) 건조시켜야 한다. 만약 용액이 너무 점성을 가지면, 그것은 이 시스템을 통하여 퍼올려질 수 없고, 이는 스프레이 건조를 위하여 더 낮은 wt% 고형물들을 이용하도록 선택해야만 하는 이유이다. 상기 드럼 건조된 분말들 및 스프레이 건조된 분말들은, 그것들이 일반적으로 거의 같은 wt% 고형물들 (예컨대, > 약 90 wt%)을 포함하는데도 불구하고, 미가공(crude) 옥수수 겨 BFG 또는 옥수수 섬유 BFG의 두 개의 서로 다른 상온에서 오래 상하지 않는(shelf-stable) 형태들이다. 각각의 조성물이 유사한 반면, 상기 스프레이 건조된 산물은 더 살살(gently)-건조된 뭉쳐진(agglomerated) 구조를 갖는데, 이는 더 빨리 액체들에 용해될 수 있지만, 반면 드럼 건조된 산물은 더 거칠게(harshly) 건조되고 그리고 환원당들 및 아민들 사이의 반응들 때문에 더 갈색인 변색을 가질 수 있다(Amadori 반응들). 상기 드럼 건조된 산물은 또한 생산하기에 덜 비싸다. 이와 같이 산물 적용들 및 자본 환경에 기초하여 사용할 건조 공정을 선택할 수 있다. 증발 및 직접적 건조에 의한 농축에 대체하여, 상기 농축된 미가공(crude) (건조 전)은 유기 용매(예컨대, 에탄올, 프로판올, 아세톤, 또는 임의의 다른 적합한 유기 용매)로 전처리되어 반-정제된 옥수수 겨 BFG를 침전시킬 있으며, 이는 여과에 의하여 회수되고 건조될 수 있다. 이는 용액으로부터 순수한 BFG를 침전시키기에 필요한 양으로 에탄올과 같은 유기 용매의 첨가에 의하여 달성된다. 첨가되는 유기 용매의 부피는 농축된 용액의 부피에 대하여 약 1 내지 약 5 배 (예컨대, 1-5X; 바람직하게는 약 2X (예컨대, 2X))의 범위 내여야 한다. 유기 용매의 요구되는 양이 상기 농축된 혼합물에 첨가되고, 그리고 나서 그 결과인 흰색, 응집성(flocculent) BFG 침전물이 이 공정에 이용되는 컨테이너의 바닥에 가라앉는 것이 가능해진다. 상기 침전물 상 투명한(clear) 용매(예컨대, 에탄올)/물 혼합물이 기울여따르기(decantation)에 의하여 제거된다. 상기 응집성(flocculent) 침전물은 그 후 수분을 제거하기 위하여, 순수한(pure) 유기 용매 (예컨대, 100% 에탄올) 소량으로 세척되고, 진공 하 여과되고, 수집되고, 그리고 진공 하 약 40 °내지 약 60 ℃에서 (예컨대, 40-60 ℃; 바람직하게는 약 50 ℃에서 (예컨대, 50 ℃)), 산물을 빨리 건조시키지만 BFG의 열 열화를 야기하지 않는 온도에서 건조된다. 이 에탄올 침전된 산물은 "반-정제(semi-pure)" 또는 "반-정제된(semi-purified)" 옥수수 겨 BFG라고 불린다. 이들 세 가지 타입의 산물들(스프레이 건조된, 드럼 건조된, 그리고 에탄올 침전된)은 11.8의 초기 pH 값들 또는 7.0 및 4.0의 조정된 pH 값들을 갖는, 농축된 Z-Trim "폐기물 흐름"으로부터 생산되었는데, 이들은 9개의 서로 다른 산물들을 생산하였다: 전술한 바와 같이 3 개의 서로 다른 공정들(드럼 건조된, 스프레이 건조된 또는 에탄올 침전된)에 의하여 처리된 3개의(pH 11.8, pH 7.0, 및 pH 4.0) 혼합물들. 이들 산물들은 표 1에서 샘플 A-I로서 표기된다. 상기 pH 4 조정된 샘플들의 또다른 세트는 또한 하나의 차이를 제외하고 상기 언급된 그것들과 동일하게 처리되었다: 샘플들은 불용성 헤미셀룰로스(hemicellulose) A(이는 pH 4에서 불용성이다)는 물론 전술한 대로 에탄올 침전, 드럼 또는 스프레이 건조 전 다른 pH 4 불용성 성분들을 제거하기 위하여 여과되었다. 이들 샘플들은 표 1에서 샘플들 J-L에서 리스트가 된다.

도 1의 공정들로부터 반-정제 및 정제된 BFG들을 만드는 대체 공정들: 대체하여, 도 1(및 도 5)에서 보인 바와 같이, 미국 특허 5,766,662로부터의 원래의 폐기물 흐름 또는 옥수수 겨/섬유 또는 다른 겨/섬유/식물 바이오매스의 임의의 적합한 알칼리 추출물이 한외여과 또는 디아필트레이션(diafiltration) 막 또는 나노여과 또는 미세여과(microfiltration)와 같은 다른 적합한 분자적 여과 공정들에 의하여 산물을 더 정제하기 위하여 처리될 수 있다. 당업계에 알려진 임의의 막이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같이, pH 변형이 있거나 또는 없는, 폐기물 흐름은 10,000 달톤(Dalton) MWCO 한외여과 막으로 처리될 수 있는데, 이때 막을 통한 작은 분자량(molecular weight) 분자들(10,000 달톤(Daltons) 미만)은 막을 통하여 투과하고(permeate) 그리고나서 증발, 스프레이 건조, 드럼 건조 또는 에탄올 침전에 의하여 처리된다. 이 투과액(permeate)은 분해된(degraded) 전분- 및 헤미셀룰로스-유래 올리고당들, 당들, 아미노산들, 펩타이드들, 용해성 페놀산들, 용해성 지방산 염들, 유기 및 무기산들 및 그것들의 염들을 포함하는 분자들의 특유의 조성물을 포함하고, 이것들 모두는 분자량이 약 10,000 달톤(Daltons) (예컨대, < 10,000 달톤(Daltons)) 미만이고, 제빙기(deicer)들, 비료들, 항산화제들 및 동물 사료들을 위한 프리바이오틱스(prebiotics)로서의 적용을 갖는다. 그리고나서 일반적으로 10,000 달톤 초과의 분자들의 고유한 조성물들을 포함하는, 그 막으로부터의 농축물(retentate)이 50,000 달톤 MWCO 막에 의하여 처리된다. 상기 50,000 달톤 MWCO 막으로부터의 투과액은 분해된 전분(starch)- 및 헤미셀룰로스-유래된 올리고당 및 다당류(polysaccharides), 펩타이드들, 및 단백질들을 포함하는, 약 10,000 및 50,000 달톤 사이의 분자량을 갖는 분자들의 특유이 혼합물을 포함하고, 이것들 모두는 분자량이 약 50,000 달톤 (예컨대, < 50,000 달톤) 미만이다. 이 혼합물은 인간 또는 동물 사료들을 위한 프리바이오틱(prebiotic)으로서 유용하다. 이 투과액은 그 다음에 증발기로 보내지고, 드럼 또는 스프레이 건조(drying) 또는 에탄올 침전에 의하여 유사하게 가공된다. 50,000 달톤 MWCO 막(membrane)으로부터의 농축물은 그 다음에 100,000 달톤 MWCO 막으로 가공된다. 상기 100,000 달톤 막으로부터의 투과액은 분해된 전분, 헤미셀룰로스-유래된 올리고당 및 다당류들, 및 단백질들을 포함하는, 50,000 및 100,000 달톤 사이의 분자들의 고유한 혼합물들을 포함하며, 이는 인간들 또는 동물 식사(diet)들을 위한 프리바이오틱스로서의 적용을 갖는다. 이 투과액은 그 다음에 증발(evaporation), 드럼(drum) 또는 스프레이 건조 또는 에탄올 침전(precipiation)에 의하여 가공된다. 마지막으로, 100,000 달톤 초과의 분자들의 고유한 혼합물을 포함하는, 상기 100,000 달톤 MWCO 막으로부터의 농축물은 그 다음에 증발, 드럼 또는 스프레이 건조 또는 에탄올 침전에 의하여 가공되어, 주로 아라비노자일란들(arabinoxylans)(또한 헤미셀룰로스(hemicellulose)로도 알려짐)을 포함하는 매우(highly) 정제된(purified) BFG 산물들을 생산한다. 이 공정의 대체는, 도 1에서 보인 바와 같이, 헤미셀룰로스- A 라 불리는 아라비노자일란들 (검들(gums))의 하나의 분획(fraction)이 용액으로부터 침전되는 때에, 최종 농축물의 pH를 약 pH 3 내지 약 5 사이(예컨대, pH 3-5; 바람직하게는 약 pH 4 (예컨대, pH 4))로 조정함으로써, 상기 100,000 달톤 MWCO 막 농축물(retentate)의 추가적인 정제를 만드는 것이다. 그 침전물이 혼합물로부터 걸러지며, 최총 용액에 정제되고 용해성인 헤미셀룰로스- B를 남기는데, 이는 그 다음에 증발 및 뒤이은 스프레이 또는 드럼 건조 또는 에탄올 침전에 의하여 가공되어 정제(pure) BFG 산물을 생산한다. 침전된 헤미셀룰로스 A 부분(fraction)은 또한 보통의 또는 진공 오븐 또는 드럼 건조되어 추가적인 산물을 생산할 수 있다.

도 2의 공정들에 의한 미가공(crude) 및 정제된 BFG들 및 혼합물들의 제조: 대체된 막 정제(purification) 공정은 도 2에 나타낸 바와 같다. 이 공정은 원래의 폐기물 흐름이 모든 3개의 다른 MWCO 막들(즉, 10,000 달톤, 50,000 달톤, 및 100,000 달톤)을 통하여 처리되는 것이 아니라, 하나의 막만으로, 예컨대 10,000 달톤 MWCO 막, 50,000 달톤 MWCO 막, 또는 100,000 달톤 MWCO 막으로 처리되는 것을 제외하면 도 1과 유사하고, 각각의 농축물들 및 투과액들은 그 다음에 건조 산물들을 생산하기 위하여 앞서 언급한 바와 같이 증발, 에탄올 침전, 스프레이 또는 드럼 건조 절차들에 의하여 처리된다. 추가적인 세부사항들은 하기에 기재된다:

도 2의 10,000 달톤 MWCO 막을 이용한 공정: 상기 10,000 달톤 MWCO 막으로부터의 상기 투과액은 분해된 전분- 및 헤미셀룰로스-유래된 올리고당들, 당들, 아미노산들, 펩타이드들, 용해성 페놀 산들(phenolic acids), 용해성 지방산 염들, 유기 및 무기 산들 및 그것들의 염들을 포함하는 분자들의 특유의 조성물을 포함하며, 이것들 모두는 분자량이 약 10,000 달톤 미만 (예컨대, < 10,000 달톤)이고, 제빙기들, 비료들, 항산화제들, 및 동물 사료들을 위한 프리바이오틱스로서의 적용을 갖는다. 상기 10,000 달톤 MWCO 막으로부터의 상기 농축물은 주로 용해성 아라비노자일란(arabinoxylan) 다당류를, 그러나 또한 전분- 및 헤미셀룰로스-유래된 올리고당들, 펩타이드들, 및 단백질들을 포함하는 반-정제 BFG 혼합물이고, 이것들 모두는 분자량이 10,000 달톤보다 크다. 그 산물은 증발기로 농축되고 그 다음에 스프레이- 또는 드럼 건조되어 반-정제 BFG를 생산할 수 있다. 선택적으로, 건조 전, 상기 농축물(retentate) 용액은 전술한 바와 같이 용액으로부터 정제(pure) BFG를 침전시키는데 필요한 양으로 유기 용매 (예컨대, 에탄올)를 첨가함으로써 처리될 수 있다. 첨가되는 용매의 부피는 불순물 없이 정제 BFG를 침전시키기 위하여 농축된 용액의 약 1 내지 약 5X 부피의 범위 (예컨대, 1-5X; 바람직하게는 약 2X (예컨대, 2X))에서 되어야 한다. 상기 침전되고 정제된(purified) BFG는 전술한 바와 같이 회수되고 건조될 수 있다.

도 2의 50,000 달톤 MWCO 막을 이용한 공정: 상기 50,000 달톤 MWCO 막으로부터의 투과액은 분해된 전분- 및 헤미셀룰로스-유래된 올리고당들, 당들, 아미노산들, 펩타이드들, 용해성(soluble) 페놀 산들, 용해성(soluble) 지방산 염들, 유기 및 무기 산들 및 그것들의 염들을 포함하는 분자들의 특유의 조성물을 포함하며, 그것들 모두는 분자량이 약 50,000 달톤 미만 (예컨대, < 50,000 달톤)이고, 제빙기들, 비료들, 항산화제들, 및 동물 사료들을 위한 프리바이오틱스로서의 적용들을 갖고, 탈염 후 인간 프리바이오틱스로 사용될 수 있다. 상기 50,000 달톤 MWCO 막으로부터의 농축물은 주로 용해성(soluble) 아라비노자일란 다당류를, 그러나 또한 분해된 전분- 및 헤미셀룰로스-유래된 올리고당들, 펩타이드들, 및 단백질들을 포함하는 반-정제 BFG 혼합물이며, 이것들 모두는 분자량이 50,000 달톤보다 크다. 그 산물은 증발기로 농축되고 그 다음에 스프레이 건조되거나 또는 드럼 건조되어 정제된 BFG를 생산할 수 있다. 선택적으로, 건조 전에, 상기 농축물은, 한층 더 정제된 BFG를 침전시키기 위하여 전술한 바와 같이 유기 용매 (예컨대, 에탄올)로 처리될 수 있고, 이는 회수되어 전술한 바와 같이 건조될 수 있다.

도 2의 100,000 달톤 MWCO 막을 이용한 공정: 상기 100,000 달톤 MWCO 막으부터의 투과액은 낮은 분자량 전분, 분해된 전분- 및 헤미셀룰로스-유래된 올리고당 및 다당류들, 당들, 아미노산들, 펩타이드들, 용해성(soluble) 페놀 산들, 용해성(soluble) 지방산 염들, 유기 및 무기 산들 및 그것들의 염들을 포함하는 분자들의 특유의 조성물을 포함하며, 이것들 모두는 분자량이 약 100,000 달톤 미만(예컨대, < 100,000 달톤)이고, 제빙기들, 비료들, 항산화제들, 및 동물 사료들을 위한 프리바이오틱스로서의 적용을 가지며, 탈염을 하여 인간 프리바이오틱스로서 이용될 수 있다. 상기 100,000 달톤 MWCO 막으로부터의 농축물은 주로 분자량이 100,000 달톤보다 큰 용해성(soluble) 아라비노자일란 다당류를 포함하는 정제된 BFG이다. 산물은 증발기로 농축되고, 그 다음에 스프레이 건조 또는 드럼 건조되어 정제 BFG를 생산할 수 있다. 선택적으로, 건조 전에, 상기 농축물은 한층 더 정제된 BFG를 침전시키기 위하여, 농축된 용액 부피의 약 1X 내지 약 5X 범위(예컨대, 1-5X)에서 유기 용매 (예컨대, 에탄올)의 적합한 양을 첨가함으로써 처리될 수 있고, 이는 회수되어 전술한 바와 같이 건조될 수 있다. 또는 선택적으로, 건조 전에, 상기 농축물은 헤미셀룰로스- A 라 불리는 아라비노자일란들 (검들(gums))의 한 부분(fraction)이 용액으로부터 침전되는 때에 약 3 내지 약 5의 pH (예컨대, pH 3-5; 바람직하게는 약 pH 4 (예컨대, pH 4))로 최종 농축물의 pH를 조정함으로써 처리될 수 있다. 그 침전물은 상기 혼합물에서 여과되어 최종 용액에 정제된 용해성(soluble) 헤미셀룰로스- B를 남기는데, 이는 그 다음에 증발되고 뒤이어 스프레이 건조 또는 드럼 건조 또는 에탄올 침전에 의하여 정제 BFG 산물을 생산한다. 상기 침전된 헤미셀룰로스 A 부분(fraction)은 보통 또는 진공 오븐에서 건조되거나 또는 드럼 건조되어 추가적인 산물을 생산할 수 있다.

이들 공정들은 총 6개의 산물들, 10K, 50K, 및 100K 달톤 막으로부터 건조된 투과액 및 농축물 부분들을 생산하는 시험(pilot) 공장(plant)에서 수행되었다. 이들 6개 샘플들은 표 1의 샘플들 M, N,O,P,Q, 및 R에 리스트되어 있다. 이들 계획들로부터 미가공(crude) 또는 정제된 BFG 샘플들로부터의 헤미셀룰로스 A의 분리는 또한 고형 산물들로의 변환 전 약 3 내지 약 5의 (예컨대, pH 3-5; 바람직하게는 약 4 (예컨대, pH 4)) pH로 조정한 후, 수성(aqueous) 혼합물들의 여과에 의하여 달성될 수 있다.

에탄올 침전에 의하여 정제된 BFG를 생산하는 대체 방법: 또다른 공정이 정제된 BFG 샘플을 생산하기 위하여 미국 특허 5,766,662로부터의 원래의 폐기물-흐름에 이용되었다. 이것은 원래의 폐기물 흐름 및 정제된 분획(fraction)을 생산하기 위하여 초기 증발/농축 없이 직접적인 가공을 취함으로써 제조되었으며, 이는 샘플 S로 표 1에 리스트되었다. 이 공정의 세부사항들은 하기와 같다: 먼저, 헤미셀룰로스 A를 침전시키기 위하여 pH가 약 3 내지 약 5의 pH (예컨대, pH 3-5; 바람직하게는 약 4 (예컨대, pH 4))로 조정되었고, 이는 10,000g에서 원심분리되어 수집되었다. 상청액은 그 다음에 유기 용매 (예컨대, 100% 에탄올)의 부피 약 1X 내지 약 5X (예컨대, 1-5X; 바람직하게는 약 2X (예컨대, 2X))을 첨가함으로써 침전되었다. 응집성(flocculent) 침전물이 여과에 의하여 수집되었으며, 용매(예컨대, 100% 에탄올)로 세척되었고, 빠른 건조를 이끌지만 BFG의 열 열화가 없는 온도인 약 50 ℃ (예컨대, 50℃)에서 진공 오븐에서 건조되었다.

도 3에 따라 생산된 반-정제된 BFG 산물들: 세 번째 신규 공정은 도 3에 보여져 있는데, 여기에서 알칼리성 폐기물 흐름은 그것이 pH 4-7로 조정되거나 또는 약 11.8의 초기 알칼리성 pH에서 남겨진 후에, 상기 폐기물 흐름으로부터 염들 및 회분(ash)을 제거하기 위하여 단순한 회분 제거(de-ashing) 시스템에 의하여 처리된다. 상기 회분 제거 시스템은 300 내지 10,000 달톤 막, 혼상(mixed-bed)(양이온 및 음이온) 이온교환수지, 또는 당업계에 알려진 다른 적합한 회분 제거 시스템들을 포함할 수 있다. 상기 회분제거된 산물은 그 다음에 곧바로 증발에 의한 공정으로 보내지고, 뒤이어 스프레이 건조 또는 드럼 건조 또는 에탄올 침전가 이어져 안정한 건조 반-정제 BFG 산물들을 생산할 수 있다. 농축 및 건조 전 불용성 헤미셀룰로스 A의 제거 또한 도 3에 나타낸 바와 같이 가능하다. 나트륨 또는 칼슘이 주된 금속 이온들일 때, 또는 칼륨이 상기 염 부분에 존재하는 주된 금속 이온일 때 농업 비료들로서, 투과액 또는 염들 부분(fraction)은 그 다음에 증발되고 그리고 적절한 방법들에 의하여 건조되어 제빙(de-icing)에 유용한 염 혼합물들을 생산할 수 있다.

공정들은 산화제들(oxidizing agents) (예컨대, 과산화수소(hydrogen peroxide), 하이포아염소산나트륨(sodium hypochlorite), 이산화염소(chlorine dioxide), 오존(ozone), 등)을 이용하지 않는다.

여기에 사용된 용어 "검(gum)"은 식물 소스로부터 추출된 물 용해성 헤미셀룰로스로서 정의되며, 전형적으로 아라비노자일란 또는 그 유도체이고, 또한 다른 비-전분 다당류를 포함할 수 있다. 여기에 기재된 검들은 점성, 유화액(emulsion) 안정성, 동결 융해(freeze-thaw) 안정성, 접착 및 결합 특성 및 식품 및 비식품 산물들에 유익한 다른 이점들을 제공할 수 있는 기능적 특성들을 가지며, 또한 혈청 콜레스테롤-감소, 항산화 및 소비 시 인간들 및 동물들에게 건강을 촉진시키는 다른 활성들로 이끌 수 있다.

산물들의 독특성(uniqueness): BFG의 미정제(crude), 건조된 형태들은 페룰로일(feruloyl)-아라비노자일란들(arabinoxylans) (또한 검들로도 알려짐) 및 올리고당들, 전분 또는 분해된 전분, 다른 올리고당들, 이당류, 단당류, 리그닌, 단백질, 지질(lipids), 페놀 산들, 미네랄들, 등을 포함하는 분자적으로 분산된(molecularly-dispersed) 헤미셀룰로스들의 독특한 혼합물들을 포함한다. 이들 혼합물들은 독특하며, 우리는 이들 혼합물들이 몇몇의 예상치 못한 유용한 기능적 특성들을 갖고 있다는 것을 발견하였는데, 이는 그것들을 수중유적형 및 유중수적형 유화제들(emulsifiers)로서, 접착제들(adhesives)로서, 결합제들(binding agents)로서, 유정 시추- 및 수력 파열- 유체들의 유용한 성분들로서, 증점제들(viscosifiers)로서, 항산화제들로서, 용해성(soluble) 식이섬유들 및 혈청 콜레스테롤 감소제들로서, 및 많은 다른 적용들을 위하여 유용하게 만든다. 아라비노자일란들은 미국 특허 6,147,206에서 가르쳐주는 공정과 같은 알칼리성 과산화수소를 이용한 추출에 의하여 옥수수 섬유 또는 겨로부터 분리될 수 있다. 미국 특허 6,147,206의 산물은 정제된 아라비노자일란이다. 여기에 기재된 우리의 신규 산물들은 페룰로일-아라비노자일란들 뿐 아니라 다른 기능성 분자들의 독특한 미가공(crude) 혼합물들, 또는 미국 특허 6,147,206 내 산물들과는 중요한 구조적 및 기능적 차이들을 갖는, 더욱 정제된 페룰로일-아라비노자일란들인데, 하나의 이유로는 우리가 미국 특허 6,147,206에서 된 것인 알칼리성 추출에서 과산화수소를 이용하지 않았기 때문이고, 이와 같이 아라비노자일란은 그것의 자연적 상태의 아라비노자일란과 관련된 단백질성(proteinaceous), 페놀성 (예컨대, 페룰산(ferulic acid)), 및 지질(lipid)-타입 성분들을 제거하기 위하여 표백(bleach)되지 않았다. 이들 성분들은 상기 페룰로일-아라비노자일란을 미국 특허 6,147,206 내 그것들과 같은 이전에 생산된 아라비노자일란 산물들에 비교할 때 우수한 특성들 및 적용들을 갖게 만든다. 이와 같이, 유화제로서, 옥수수 섬유 검(gum) (CFG)이라고도 불리는 정제된 옥수수 섬유 아라비노자일란의 용도를 우리가 이전에 보고한 반면, 유화제로서 다른 천연(natural) 성분들과 함께 (과산화수소로 표백되지 않은) 미가공(crude) 형태의 그것의 용도는 신규하다. 다른 독특한 조성물들은 여기에 기재되어 있다. 게다가, 정제 또는 미가공(crude) 형태의, 다른 식물 소스들로부터의 검(gum) 및 다른 바이오-베이스의 섬유 검(gum)들의 추가적인 신규 용도들의 예들이 여기에 제공된다. 본 발명의 산물들 간에는 또한 하나 이상의 차이가 있고 그리고 미국특허 6,147,206에서, 검(gum)을 만들기 위한 시작 공급원료(feedstock)는 옥수수 겨 대신 옥수수 섬유였다(비록 우리 공정들이 시작 공급원료로서 옥수수 겨를 이용할 수 있는 것에도 불구하고). 옥수수 섬유는 낱알(kernel)의 껍질(hull) 및 배젖(endosperm)에 원래 존재하였던 옥수수 낱알의 섬유성 부분이나, 제거되고, 산업적 옥수수 습식 제분(wet milling) 공정에 의하여 회수된다. 우리의 바람직한 공급원료(feedstock)는 옥수수 겨인데, 이는 주로 배젖이 거의 없거나 없는 껍질(hull)에서의 섬유성 물질이다. 옥수수(corn) 겨는 제거되고 산업적 옥수수 건조 제분(dry milling) 공정에 의하여 회수되는 섬유성 산물이다. 놀랍게도, 본 발명의 공정들은 옥수수 섬유, 귀리 겨, 밀기울(wheat bran), 보릿짚(barley straw) 및 껍질(hull), 사탕수수 바가스, 옥수수 대, 밀짚, 및 수수 겨와 같은 농업적 부산물들, 및 리그노셀룰로스(lignocellulosic) 바이오매스 및 스위치그래스 및 억새와 같은 에너지 작물들로부터 독특한 검(gum)들을 수득하는데 이용될 수 있다.

옥수수 섬유/겨, 귀리 겨, 또는 상기 리스트된 다른 섬유-포함 산물들의 알칼리성 추출물을 이용한, 도 1-5에 기재된 우리의 공정들은 두 가지 타입의 신규 조성물들을 생산한다: 첫 번째 것은 정제된 화합물들(compounds)이고 두 번째 것은 화합물들의 신규 혼합물들이다:

1. 정제된 화합물들을 포함하는 신규 좃어물들: 여기에 주의깊게 기재된 바와 같이, 도 1-3 및 5로부터의 공정들은 예컨대 옥수수 겨로부터의 정제된 BFG들을 제조(prepare)하는데 사용될 수 있다. 산화제 없이 제조된 상기 정제된 BFG는 석유(petroleum) 코크스(coke), 석탄가루(coal dust), 숯가루(charcoal powder), 등과 같은 탄소질 물질들의 분말들로부터 펠렛들(pellets) 및 브리켓들(briquettes)을 만들기 위한 결합제로서, 종이 및 목재와 같은 다공성(porous) 물질들을 위한 접착제로서, 수중유적형 및 유중수적형 유화액들의 안정을 안정시키기 위한 유화제로서, 물 용해성 항산화제, 점도 조절제(viscosity modifier), 필름 형성제(film former), 캡슐화제(encapsulating agent)로서, 그리고 항산화제 물성을 갖는 용해성(soluble) 식이섬유로서, 유용한 아라비노자일란으로 구성된(composed of) 신규 조성물이다. 도 1, 2, 3 및 5 및 표 1에 기재되고, 예컨대 샘플 S로 대표되는 우리의 공정들로부터 분리된 정제된 옥수수 겨 BFG 페룰로일-아라비노자일란은 약 335kDa (표 11)의 중량평균분자량을 가졌는데, 이는 약 190 내지 약 390 kDA (예컨대, 190-390 kDA)의 사이일 수 있고, 약 24 내지 약 27% (예컨대, 24-27%) 아라비노스(arabinose), 약 48 내지 약 51% (예컨대, 48-51%) 자일로스(xylose), 약 7 내지 약 9% (예컨대, 7-9%) 갈락토스(galactose), 약 6 내지 약 14% (예컨대, 6-14%) 글루코스(glucose), 및 약 3 내지 약 7% (3-7%) 글루쿠론산(glucuronic acid), 및 약 0.5 (예컨대, 0.5)의 아라비노스/자일로스의 비율의 당 조성물(표 13)을 가졌다. 표 1에서 확인된 샘플들 O 및 Q과 같은, 도 1-3 및 5에 기재된 절차들에 의하여 제조되는 더 정제된 옥수수 겨 BFG들의 분자적 특성들. 우리는 도 1-3 및 5의 우리의 공정들에 의하여 분리된 정제 옥수수 겨 BFG 아라비노자일란이 단백질 및 추출성(extractable) 지질들을 포함하고, 상기 지질들은 일반적으로 트리아실글리세롤들(triacylgylcerols), 피토스테롤들(phytosterols), 유리(free) 지방산들, 및 페룰산과 같은 하이드록시시남산(hydroxycinnamic acid)들을 포함할 것이라고 예상한다. 표 13의 약 0.5 (예컨대, 0.5)의 아라비노스의 자일로스에 대한 비율은 옥수수 섬유 검(gum)(아라비노자일란)을 만들기 위하여 알칼리성 과산화수소 추출을 이용한 Doner et al. (Doner, L.W., et al., Cereal Chem., 75(4):408-411 (1998))에 의하여 보고된 약 0.82 의 값보다 훨씬 더 낮은 것이었는데, 수산화나트륨(sodium hydroxide) 추출만으로 분리한 본 발명의 BFG가 자일란 백본(backbone)에 훨씬 적은 아라비노스 그룹들의 분지(branching)를 갖는다는 것을 가리킨다. 또한 고유(intrinsic) 점도(0.9-1.5 dL/g) 및 우리의 신규 공정들에 의하여 생산된 BFG들을 위한 표 11의 마크 하우윙크(Mark Houwink) 지수 (0.43- 0.52) 값들은 알칼리성 과산화수소 기술에 의하여 분리된 옥수수 낱알(kernel) 아라비노자일란을 위하여 Fishman et al. (Fishman, M.L., et al., Int. J. Polym. Anal. Charact., 5: 359-379 (2000))에 의하여 보고된 1.92 dL/g 및 0.84의 값으로부터 상당히 벗어난다. 이러한 사실들은 본 발명에서 기재된 공정들을 이용하여 분리한 정제된 BFG들이 독특하며 공지의 조성물과 다르다는 것을 보여준다.

2. 화합물들의 신규 혼합물들을 포함하는 신규 조성물들: 도 1-5의 공정들에 의하여 생산된 우리의 신규 조성물들은 두 개의 서로 다른 종류들로 나뉠 수 있다: "a" BFG 아라비노자일란들 뿐 아니라 많은 다른 기능성 성분들을 포함하는 것들 및 "b" 주로 비-BFG 아라비노자일란 기능성 성분들. 우리는 표 1 및 표 5의 마지막 칼럼으로부터의 이들 혼합물들 내 % 아라비노자일란을 추산할 수 있다. 예컨대, 도 1 및 4의 절차들에 의하여 생산된, 그리고 샘플들 A-F로 대표되는 미가공(crude) 혼합물들은 상기 첫 번째 "a" 종류를 대표하고, 약 190,000 내지 약 380,000 달톤 (예컨대, 190,000-380,000 달톤) (표 11)의 중량평균분자량을 갖는 아라비노자일란 다당류를 약 40 부터 약 60%까지 (예컨대, 40-60%) (표 1) 포함하였다. 이들 미가공(crude) 혼합물들 내 아라비노자일란 (BFG)은 또한 동일한 분자적으로 관련된 단백질들, 트리아실글레세롤들, 피토스테롤들, 지방산들, 하이드로신남산들, 및 아라비노스의 자일로스에 대한, 상기 기재한 정제된 BFG 아라비노자일란들과 동일한 비율을 가졌다. 이들 BFG 아라비노자일란들 및 바로 앞서 전술한 분자적으로 관련된 성분들에 더하여, 이들 혼합물들은 또한 하기 관련되지 않은 (유리) 기능성 성분들을 추:가적 양으로 포함하였다:약 1 부터 약 10% 까지 (예컨대, 1-10%) 페룰산(ferulic acid) 및 다른 하이드록시신남산들(hydroxycinnamic acids)과 같은 유리 페놀성 화합물들, 약 0.5 내지 10% (예컨대, 0.5-10%) 유리 단백질들, 약 5 부터 약 60% 까지 (예컨대, 5-60%) 나트륨 또는 염화칼륨과 같은 무기 염들, 약 0.5 부터 약 5%까지 (예컨대, 0.5-5%) 리그닌, 약 5 부터 약 50%까지 (예컨대, 5-50%) 아라비노자일란(arabinoxylan)-유래 올리고당들,및 약 5부터 약 20%까지 (예컨대, 5-20%) 전분-베이스의 올리고당들. 상기 조성물은 약 3 및 14 사이 (예컨대, 3-14)의 pH를 가지며, 석유(petroleum) 코크스(coke), 석탄가루(coal dust), 숯가루(charcoal powder), 등과 같은 물질들의 분말로부터 펠렛(pellets) 및 브리켓들(briquettes)을 만들기 위한 결합제로서, 종이 및 목재와 같은 다공성 물질들을 위한 접착제로서, 수중유적형 및 유중수적형 유화액들의 안정화를 위한 유화제로서, 물 용해성 항산화제, 점도 조절제, 필름 형성제, 캡슐화제(encapsulating agent), 및 용해성(soluble) 프리바이오틱 및 항산화 물성을 갖는 식이섬유로서 유용성을 갖는다.

도 1, 2 및 5에서 그려진 공정들의 사용에 의하여 제조되는 반-정제된 혼합물들은 또한 상기 "a" 종류의 대표들이며, 그리고 앞서 언급한 미가공(crude) 혼합물들보다 더 높은 아라비노자일란 퍼센트를 가졌다. 여과 막들로 정제된 반-정제된 혼합물들은 특정 분자량 범위들로 특징되는 성분들을 가졌다. 예를 들어, 10,000 달톤 MWCO (샘플 M)을 이용한, 도 2에 묘사된 공정에 의하여 제조된 농축물(retentate) 부분(fraction) 내 반-정제된 반-정제된 BFG 조성물들은 염들, 페놀 산들, 올리고당들, 및 약 10,000 달톤 미만 (예컨대, < 10,000 달톤)의 분자량을 갖는 단백질들을 포함하여, 모든 용해성(soluble) 성분들을 제외하고 전술한 성분들을 포함하였다.

(주로 비(non)-BFG 성분들을 포함하는) 전술한 "b" 종류들을 대표하는 신규 조성물들 및 혼합물들은 예컨대 샘플들 N, P, 및 R인, 도 1, 2, 및 5에서 묘사된대로 한외여과 막들로부터 투과액(permeate) 부분들에서 대표되었다. 샘플 N은 10,000 달톤 MWCO 막으로부터의 투과액(permeate)이었으며, 염들, 페놀 산들, 올리고당들, 및 단백질들을 포함하여, 약 10,000 달톤 미만(예컨대, < 10,000 달톤)의 분자량을 갖고 원래의 용액으로부터의 주로 모든 용해성(soluble) 성분을 포함하였다. 샘플 P는 50,000 달톤 MWCO 막의 투과액(permeate)으로부터였으며, 염들, 페놀 산들, 올리고당들, 단백질들을 포함하여, 약 50,000 달톤 미만 (예컨대, < 50,000 달톤)의 분자량을 갖는 원래의 용액으로부터의 모든 용해성(soluble) 성분들을 포함하는 것을 제외하면 샘플 N과 유사한 혼합물을 포함하였다. 샘플 R은 100,000 달톤 MWCO 막의 투과액으로부터였으며, 염들, 페놀 산들, 올리고당들, 다당류들, 및 단백질들을 포함하여, 약 100,000 달톤 미만 (예컨대, < 100,000 달톤)의 분자량을 갖는 원래의 용액으로부터의 모든 용해성 성분들을 포함하는 것을 제외하면 샘플 N 및 P와 유사한 혼합물을 포함하였다. 앞서 언급한 바와 같이, 샘플들 N,P 은 R은 제빙기들, 비료들, 항산화제들, 및 동물 사료들을 위한 프리바이오틱스로서 유용하며, 탈염을 하여 인간 프리바이오틱스로서 사용된다.

3. 산물들, 정제 BFG들, 종류 "a" 및 "b" 모두의 반-정제 BFG들, 및 미가공(crude) BFG들의 동일한 종류들은 상기 도 1 및 2에서 기재되고 그러나 농업적 산물들 및/또는 리그노셀룰로스(lignocellulosic) 농업적 부산물들(예컨대, 옥수수 겨/섬유 또는 귀리 겨, 밀기울(wheat bran), 보릿짚(barley straw)과 같은 다른 겨/섬유 샘플들 및 껍질(hull), 사탕수수 바가스, 옥수수 대, 밀짚, 수수 겨) 및 스위치그래스 및 억새와 같은 리그노셀룰로스 에너지 작물들의 알칼리성 추출에 의하여 만들어진다.

여기에 기재된 조성물들의 신규한 용도들은 하기를 포함하나 여기에 제한되는 것은 아니다: 석유(petroleum) 코크스(coke) 펠렛(pellet) 결합제 (도 6 참조); 석탄(coal) 펠렛(pellet) 결합제(binding agent); 동물 또는 애완동물 사료 펠렛들을 위한 결합제; 물-베이스의 페인트 유화제(emulsifier); 수중유적형 유화제 (식품 및 비식품), 표 7,8, 및 9 참조; 페이스트(pastes), 그리즈(greases) 및 다른 비-식품 산물들을 위한 (식품 및 비식품) 유중수적형 유화제; 마찰(friction) 감소제(reducer); 광석(ore) 바인더(binder)(펠렛화(pelletizing)); 알려진 발암물질 및 호흡기 자극물인 페놀 포름알데히드 수지의 좋은 대체물일지 모르는 경우 연목(softwood) 합판(plywood) 제조업에서의 사용을 포함하는 다양한 적용들을 위한 접착제; 종이, 보드지(paper board), 판지(cardboard), 도자기(pottery), 플라스틱 및 관련된 물품(item)들과 같은 다공성 물질들을 위한 접착제들에의 사용을 포함하는 다른 접착제 적용들; 항균제; 세라믹(ceramics) 바인더(binder); 시추용 이수(drilling mud); 마이크로캡슐화(microencapsulation); 항산화제 및 다른 건강에 좋은 물성들을 갖는 항산화제(antioxidant) (ORAC)(표 10 참조); 항산화제 및 두 개의 방법들(용해성 섬유 뿐 아니라 피토스테롤들)에 의하여 잠재적 콜레스테롤 저하 활성을 갖는 용해성(soluble) 식이섬유; 향미(flavor), 비타민들, 오메가 3, 및 달느 불포화 지방산들, 및 임의의 다른 손상되기 쉽고/쉽거나 산화-되기 쉬운 화합물들 또는 물질들을 보호하기 위하여 천연 항산화 활성을 갖는 캡슐화제(encapsulating agent); 제빙제들(de-icing agents)(탈염 공정들로부터 발생되는 나트륨 및 칼슘 염들); 비료들(탈염 공정들로부터 발생되는 칼륨 염들); 타코나이트(taconite) 광석(ore) 펠렛들을 위한 바인더; 및 지르코늄디옥사이드(zirconium dioxide) 또는 세라믹 제조업의 다른 미네랄들을 위한 바인더.

여기에 기재된 조성물들의 신규 용도들은 또한 오일 및 천연 가스 수압 파괴(hydrofracturing) (프랙킹(fracking)) 적용들에의 이용을 위한 화학물질들(chemicals)을 포함한다. 오일 및 천연가스 시추 분야 적용들에서, 유체 손실(loss)의 감소의 보조물(aid)로서, 그리고 기름 분출(blowouts) 및 분유정(gushers)들을 피하기 위한 유체(hydrostatic) 정압 조절기(pressure controller)로서, 구멍(hole) 파편(fragment) 청소(cleaning) 및 현탁(suspension)을 증진시키는 그것의 독특한 유동학적 특성들 때문에, 이 혼합물은 시추(drilling)-유체(fluid) 증점제(viscosifier)로서의 용도를 포함하여 유용한 물성들을 다수 가질 것이다. 적당한(moderate) 농도들(concentration)에서 효율적으로 물을 걸쭉하게 할 수 있는 그것의 농도 때문에 수력 파쇄(hydraulic fracturing) 및 그래블(gravel) 패킹(packing) 동안 현탁시키고(transport) 이송(transport)하는 것이 유용할 것이다. 그것은 또한 윤활유(lubricant), 마찰 감소제 및 점도 조절제로서 동시에 작용할 수 있을 것이다.

여기에 기재된 조성물들의 신규 용도들은 또한 숯(charcoal) 및 바이오숯(biochar) 바인더를 포함한다. 놀랍게도 그것은 숯 및 바이오숯으로부터 브리켓들(briquettes) 및 펠렛들을 만드는데 또한 사용될 수 있다. 그 혼합물은 더 비싼 수지 또는 전분 바인더를 이용하는 것보다 숯(chars)을 서로 붙잡기 위한 바인더로서 역할을 한다. 석유(petroleum) 코크스(coke) 펠렛 결합에서의 한 우리의 작업은 이들 새로운 산물들이 강한 펠렛들로 탄소성 물질들을 결합(bind)시키는데 유용하다는 것을 보여주었다.

여기에 기재된 조성물들의 신규 용도들은 또한 코크스(coke)-물 슬러리 또는 석탄(coal)-물 슬러리 안정화제 또는 서스펜션화제(suspending agent)를 포함한다. 증점제(viscosifier) 및 유화제로서의 혼합물의 이용은 코크스 또는 석탄-물 슬러리들을 안정화시킬 수 있는데, 이는 석탄의 운반 및 공기 중으로 유해 배출물들을 감소시키는 것을 돕고, 이와 같이 석탄 방폭(explosion-proof)을 하고, 액체 연료(예컨대, 난방유(heating oil) 및 경유(diesel fuel))의 등가물 또는 터빈들을 운영하기 위한 스팀(steam)을 발생시키기 위한 가스 또는 정제공장(refineries)에서의 크랙(crack) 석유(petroleum)로서 이들 슬러리들의 용도를 가능하게 할 수 있다.

다르게 기재되지 않는다면, 여기에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 업계의 통상적인 기술을 가진 사람에 의하여 보통으로 이해되는대로 동일한 의미를 갖는다. 용어 "약"은 플러스 또는 마이너스 10 퍼센트로 정의된다; 예를 들어, 약 100℉는 90℉ 내지 110℉를 의미한다. 비록 여기에 기재된 것들과 유사하거나 또는 등가인 임의의 방법들 또는 물질들이 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있더라도, 바람직한 방법들 및 물질들은 지금 기재된다.

하기 예들은 본 발명을 더 설명하기 위하여 의도될 뿐이며, 청구항에 의하여 정의된 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.

실시예들

독특한 미가공(crude) 혼합물들, 반-정제된, 그리고 정제된 옥수수 또는 귀리 겨-유래 바이오-베이스의 섬유 검들(gums): 전술한 대로 생산된 몇몇의 새로운 산물들의 조성물은 표 1에 나타나 있다. 표 1은 전술한 바와 같이 먼저 pH 조정을 하고 또는 하지 않고, 증발 및 에탄올 침전, 스프레이 건조 또는 드럼 건조 중 하나에 의하여 처리된 옥수수 또는 귀리 겨의 알칼리성 추출물, Z-Trim "폐기물 흐름(stream)"으로부터 만들어진 바이오-베이스의 섬유 검(gum)의 데이터를 보여준다. 모든 미가공(crude) 및 반-정제 부분들(fractions)은 그것들이 pH 조정되었든 그렇지 않든 간에, 또는 그것들이 에탄올 침전되었거나 또는 증발 후 드럼 건조 또는 스프레이 건조되었거나 간에, 회분 (알칼리 및 미네랄 산들로부터), 단백질들, 전분(starch), 중성세제불용성섬유소(neutral detergent fiber)(NDF), 및 일부 경우 미가공(crude) 지방을 포함하는 상당한 비-BFG 성분들을 분명히 포함한 반면, (예컨대 미국 특허 6,147,206에 의하여 제조된 옥수수 섬유 검(gum)과 같은) 정제 아라비노자일란들은 매우 낮은 단백질, 미가공(crude) 지방, 전분(starch), 및 NDF를 함유하였다. 우리는 또한 증발(evaporation) 및 스프레이 건조 또는 드럼 건조 전 비-BFG 성분들을 제거하기 위하여 한외여과, 디아필트레이션 및 다른 정제 방법들에 의하여 제조된 BFG 또한 낮은 수준의 회분, 단백질, 미가공(crude) 지방, 전분(starch), 및 NDF를 갖는다는 것을 발견하였다(표 1).

이들 새로운 혼합물들 및 정제된 물질들은 전술한 바 및 하기 기재와 같이 많은 신규 용도들을 갖는다. 우리는 옥수수 또는 귀리 겨로부터의 미가공(crude) 및 반정제된 검(gum) 혼합물들이 하기 기재한 바와 같이 훌륭한 수중유적형 유화제들이었다는 것을 발견하였다.

실시예 1. 미정제, 반-정제된 및 정제된 BFG 및 옥수수 또는 귀리 겨 또는 다른 바이오매스들로부터의 혼합물들의 수중유적형 유화제들로서의 용도. 유화액 제조: 유화(emulsification)를 위한 샘플들은 바이오-베이스의 섬유 검(gum)의 0.1% 벤조산 나트륨(sodium benzoate) 및 0.3% 시트르산(citric acid)을 포함하는 중간사슬지방(medium chain triglycerides)(MCT)에 대한 1:4 비율을 갖고 제조되었다. 유화는 샘플 효용에 따라 작고(10 g) 큰 (30 g) 스케일로 수행되었다. 0.1% (w/w) 벤조산 나트륨 (a preservative) 및 0.3% (w/w) 시트르산을 포함하는 옥수수 겨 (27.78 mg/g solution)로부터 만들어진 BFG의 모액(stock solution)이, 실온에서 물 내 벤조산 나트륨 및 시트르산의 용액으로 활발하게 저으면서 따로따로 조금씩 계산된 양의 검(gum) 샘플들을 천천히 첨가되고, 그 다음에 수화되고(hydrated), 잘 용해되고 균질한 용액을 생산하기 위하여 밤새 살살 저음으로써, 유화 연구를 위하여 제조되었다. 수중유적형 유화액들(emulsions)을 위한 샘플들은 유리병에서 9 또는 27 g (작거나 또는 큰 스케일)의 상기 검(gum) 모액 및 또는 3 g (작거나 또는 큰 스케일)의 중간사슬지방 (MCT)을 취함으로써 각각의 샘플들에 대하여 3회 하여 제조되었다. 낮은 용해성을 갖는 검(gum) 샘플들 (예컨대, 구아(Guar) gum, xanthan gum, CMC, 등)의 유화(emulsification) 수행은 또한 검(gum)의 MCT에 대한 동일한 1:4 비율로, 그러나 각각의 성분들의 10배 적은 농도에서, 테스트되었다. 중량제(weighting agent)는, 유화 공정에서 이러한 제제의 영향을 피하기 위하여, 유화액 제조 동안 첨가되지 않았다. 상기 용액은 볼텍스되고 그 다음에 12 mm 지름(diameter) 헤드(head)를 갖춘 폴리트론(polytron) 벤치(bench) 탑(top) 균질기(homogenizer)를 이용하여 20,000 rpm으로 3 분간 균질화되었다(Brinkmann, Switzerland, PT 10/35). 상기 균질화된 유화액은 20,000 psi 균질화 압력에서 3회 EmulsiFlex B5 고압 균질기 (Avestin Inc., Canada)을 통과하여, 최종 유화액들이 제조되었다. 상기 유화액들(emulsions)의 입자 크기 분포는 레이저 회절(diffraction) 입자 크기 분석기(Horiba LA-950)를 이용하여 측정되었다. 상기 유화(emulsification) 유효성을 0 시간(time)에서 상기 유화액의 초기 입자 크기로 평가하였다. 상기 유화액 안정성은 3 및 7일 동안 60 ℃에서 유화액들을 저장한 후 결정되었다(촉진 노화 시험(accelerated aging test)). 좋은 유화액들은 가장 작은 입자 크기들을 갖는 것들이었다. 가장 안정적인 유화액들은 그것들의 입자 크기들이 시험 기간 동안 계속 작게 있는 것들이었다.

유화액 테스트 결과들: 상기 기재된 기법을 이용하여, 표 7은 "골드(gold) 기준(standard)" 상업적 검(gum) 아라비아(arabic)이 가장 좋으며 가장 안정적인 유화제였다는 것을 보여준다. 입자 사이즈들은 테스트 기간 동안 2-4 μm에 걸쳤다. 미국 특허 6,147,20에 의하여 만들어진 정제 옥수수 섬유 검(gum)은 또한 검(gum) 아라비아와 유사한, 우수한 유화제였다. 낮은 레벨의 CMC (카르복시메틸(carboxymethyl) 셀룰로스(cellulose)) 또는 구아(guar) 검(gum)과 같은, 음성 대조군들은 큰 유화액 입자 사이즈들을 보였으며 이와 같이 불안정한, 좋지 못한 유화액들을 생산하였다.

옥수수 겨, 샘플들 B 및 C로부터의 미정제, pH-조정되지 않은(pH 11.8), 스프레이 건조된 또는 드럼 건조된 바이오-베이스의 섬유 검(gum)은 놀랍게도 상대적으로 좋고 안정적인 유화액을 제공하였다(표 8). pH 11.8 샘플 (샘플 A)로부터의 에탄올 침전된 산물은 또한 놀랍게도 효과적인 유화제였으나, 스프레이 및 드럼 건조된 샘플들만큼 꽤 좋지는 않았다. 옥수수 겨 (샘플들 D, E, 및 F)로부터의 미정제, pH 7 조정된, 에탄올 침전된(precipitated), 스프레이 건조된, 또는 드럼 건조된, 바이오-베이스의 섬유 검(gum)은 pH 11.8 산물들만큼 효과적이지는 않았으나 구아(Guar) 및 CMC 보다는 여전히 놀랍게도 더 좋았다. 옥수수 겨 (샘플들 G, H, I, J, K, L)로부터의, 유사하게 미정제, pH 4 조정된 (Hemi. A를 갖고 그리고 Hemi. A 제거된), 에탄올 침전된, 스프레이 건조된, 또는 드럼 건조된, 바이오-베이스의 섬유 검(gum)은 pH 11.8 산물들만큼 효과적이지는 않았으나, 그것들은 여전히 놀랍게도 상업적 구아(Guar) 및 CMC보다 훨씬 더 좋았다. 각각 분획분자량(molecular weight cut off) 10, 50 및 100 K 달톤의 한외여과 막들에 의하여 처리된, 3 개의 스프레이 건조된 농축물들(retentates) (샘플들 M, O 및 Q)이 그것들의 각각의 투과액들(permeates) (샘플들 N, P 및 R) 및 또한 예상대로 상업적 구아(Guar) 및 CMC보다 비교적 더 좋은 유화제들이었다. Hemi. A (샘플 S)를 제거한 후 에탄올 침전에 의하여 원래의 (농축되지 않은) 옥수수 Z Trim WS으로부터 제조된 정제 BFG는 매우 놀랍게도 금 기준 상업적 검(gum) 아라비아 및 매우 순수한 CFG만큼 좋았다(표 7). 125 K 달톤 막 (샘플 T)을 이용하여 옥수수 Z Trim WS의 디아필트레이션(diafiltration)에 의하여 제조된 옥수수 BFG는 스프레이 및 드럼 건조 (샘플들 W 및 X)에 의한 귀리 Z Trim WS로부터 제조된 미가공(crude) BFG 보다 뛰어났으며, 125 K 달톤 막을 이용한 디아필트레이션(diafiltration)에 의한 귀리 Z Trim WS로부터의 유사하게 제조된 BFG보다 훨씬 뛰어났다.

옥수수 겨, 옥수수 대, 벼 섬유, 밀짚, 스위치그래스(switch grass), 억새(miscanthus), 사탕수수 바가스(bagasse), 및 수수(sorghum) 겨 (버건디(Burgundy) 제분됨(milled))로부터 제조된 매우 순수한 BFG들의 유화액들 안정성 (표 9)은 매우 놀랍게도 금 기준 검(gum) 아라비아 및 매우 순수한 CFG만큼 좋았다 (표 8). 밀기울(wheat bran), 수수(sorghum) 겨 (블랙(Black) 제분됨(milled)), 및 수수(sorghum) 겨 (수막(sumac) 제분됨(milled))로부터 제조된 BFG들의 유화액들 안정성은(표 9) 다른 바이오매스들로부터 제조된 BFG들만큼 좋지 않았다; 이론에 얽매이지 않고, 이들 BFG들의 약간 못한 유화액들 안정성은 그것들 내 존재하는 높은 회분 함량 때문일 수 있다(표 5). 만약 이들 BFG들이 그것들의 회불의 대부분을 제거하기 위하여 처리된다면, 그것들은 다른 바이오매스들로부터 분리된 BFG들만큼 좋은 유화제일지도 모른다.

석유(petroleum) 코크스(coke) 펠렛들을 위한 결합제들로서 실시예 2. 미정제, 반-정제된, 및 정제 BFG들 및 혼합물들의 용도: 석유 코크스(coke) 펠렛화(pelletization)를 위한 바인더로서 바이오-베이스의 섬유 검(gum)들 (BFG)의 효과를 입증하기 위하여, 펠렛들(pellets)이 이 적용에 전형적으로 사용되는 바인더들을 이용하여 생산되었고, 그것들은 우리의 신규 BFG 바인더들을 이용하여 만들어진 펠렛들과 비교되었다. 생산된 펠렛들은 분석되고 비교되었다.

펠렛화하는(Pelletizing) 절차: 0.8% 바인더를 포함하는 석유(petroleum) 코크스(coke) 펠렛들이 2.5 kg의 석유 코크스 미립자들(fines) 및 20g의 바인더를 3 kg 용량 Eirich 펠렛화 장치(pelletizer) 내에 위치시킴으로써 제조되었다. 더 높은 바인더 농도들을 포함하는 펠렛들은 원하는 농도들을 생산하기 위하여 코크스의 양을 감소시키고 바인더의 양을 증가시킴으로써 만들어졌다. 혼합은 2 분간 보울(bowl)을 90 Hz에서 시계방향(cw)으로 돌리고 교반기(agitator)를 30 Hz에서 cw로 돌려서 이루어졌다. 상기 보울의 방향을 그 다음에 반시계 방향(ccw)으로 바뀌었고 그리고 속도는 50 Hz로 감소하였다. 물은 추가적으로 2분 동안 혼합과 함께 천천히 첨가되었다. 테스트된 바인더의 각각의 타입 및 농도는 물 첨가의 서로 다른 양을 요구하였는데, 이는 바인더의 양 및 물성들에 의존적이었다. 물 첨가의 범위는 140 mL부터 475 mL까지였다. 물 첨가 후, 상기 보울 속도는 40 Hz로 감소하였고, 1 분 동한 혼합되었고, 그리고 나서 다시 30 Hz로 감소하였고, 추가 1분 동안 혼합되었다. 상기 펠렛화 장치(pelletizer)는 그 다음에 멈추고 펠렛들을 회수하기 위하여 비워졌다. 제거되기 전에 펠렛들은 그 다음에 105 ℃에서 4 내지 6 시간 동안 텔코(Thelco) 오븐에서 건조되었고 즉시 냉각되었다.

압축력 측정: 펠렛들을 깨는데 요구되는 압축력(compression force)은 Chatillon LG-050 Mechanical Force Gauge를 이용하여 측정되었다. 상기 펠렛을 깨는데 요구되는 압축력의 양은 상기 바인더의 효과에 비례하였다. 최소 5 psi이 테스트를 통과하는데 필요한 가장 낮은 허용가능한 힘으로서 이용되었다. 이 테스트에서, 가장 효과적인 결합제들은 깨는데 가장 높은 압축력을 요구하는 펠렛들을 야기하였다.

결과들: 도 6은 서로 다른 바인더들을 이용하여 생산된 펠렛들의 압축력 측정 결과들을 보여준다. BFG #1는 pH 11.8 제제(preparation)의 드럼 건조에 의하여 분리된 BFG, 표 1에서 정의된 대로의 샘플 C였다. BFG #2는 pH 7.0 제제(preparation)의 드럼 건조에 의하여 분리된 BFG, 샘플 F였다. BFG #3은 pH 11.8 제제(preparation)로부터 스프레이 건조에 의하여 분리된 BFG, 샘플 B였고, BFG #4는 pH 7.0 제제(preparation)로부터 스프레이 건조에 의하여 분리된 BFG, 샘플 E였다. BFG #UF는 한외여과 및 드럼 건조에 의하여 분리된 바이오베이스의 섬유 검(gum)이었다. CMC 51는 카르복시메틸 셀룰로스였다. CMC 824는 카르복시메틸 셀룰로스였다. CMC 700은 카르복시메틸 셀룰로스였다. 리그노설포네이트들(Lignosulfonates)는 목재 펄핑(pulping)으로부터의 상업적 부산물이었다. 전분은 상업적 변형되지 않은 전분이었다. 전분 바인더(binder)는 Uniscope 전분 Binder™으로, 변형된 식품 등급 전분 바인더였다.

1%에서 젤라틴(gelatin)의 예외를 갖고, 테스트된 모든 바인더들은 최소 압축력 테스트를 통과하였다. 놀랍게도 상기 미가공(crude) BFG 샘플들 (BFG #1-4) 및 상기 정제된 BFG 샘플 (BFG #UF)은 이 적용에서 보통 사용되는 다른 물질들보다 더 나은 결과들을 주었다. BFG #1은 전술한 바와 같이 pH 11.8 제제(preparation)의 드럼 건조에 의하여 분리되었다(샘플 C). BFG #2는 전술한 바와 같이 pH 7.0 조정된 폐기물 흐름의 드럼 건조에 의하여 분리되었다(샘플 F). BFG #3은 pH 11.8 폐기물 흐름으로부터 스프레이 건조에 의하여 분리되었고 (샘플 B) 그리고 BFG #4는 전술한 바와 같이 pH 7.0 폐기물 흐름으로부터 스프레이 건조에 의하여 분리되었다(샘플 E). BFG #UF 샘플은 도 2에서 기재한 한외여과 공정에 의하여 제조되었고, 그러므로 더욱 더 정제되었다. 놀랍게도, 상기 미가공(crude) 혼합물들, 샘플들 B, C, E, 및 F는 평균적으로 더 정제된 샘플보다 더욱 효과적이었다. 그러나 모두 다 놀랍게도 훌륭한 바인더들이었다. 상기 BFG 샘플들은 리그노설포네이트, 전분(starch), 전분 바인더, 및 젤라틴(gelatin)-처리된 샘플들보다 더 높은 압축력 수치들(measurements)을 야기하였다. 3개 타입들의 CMC (카르복시메틸 셀룰로스), CMC 51, 824 및 700이 테스트되었고, 각각 10.4, 11.9, 및 13.0 psi의 허용가능한 수치들을 주었다. 상기 BFG 샘플들은 모두, BFG #4의 예외를 갖고, 놀랍게도 CMC 샘플들에 비례하여 우수한 성과를 주었다. BFG #4는 11.1의 압축력을 주었는데, 이는 CMC 51에 비례하여 더 높은 압축력 수치였으나, 다른 두 개의 CMC 샘플들에 비하면 약간 더 낮았다.

최소의 압축력 수치를 충족시키는데 필요한 바인더의 양을 비교할 때, BFG 샘플들은 또한 놀랍게도 테스트한 다른 타입들의 바인더들보다 우수하였다. CMC 바인더만이 비슷한 레벨에서 사용될 수 있었는데, 여전히 최소 압축 기준(criteria)을 충족한다. CMC는 이들 적용들을 위한 "골드(gold) 기준(standard)" 바인더이기 때문에, 그리고 이들 BFG들 및 BFG 혼합물들은 놀랍게도 바인더들로서 등가이거나 또는 우수하기 때문에, 이들 BFG들은 이 그리고 임의의 다른 적용을 위한 놀랍게도 좋은 결합제들이었는데, 이는 숯(charcoal), 석탄(coal) 분말, 열분해(pyrolysis) 바이오숯, 흑연(graphite)과 같은 탄소성 물질들 및 다른 비슷한 물질들의 결합에 요구된다.

실시예 3. 항산화 특성을 갖는 신규 BFG 조성물들의 생산: 자유 라디칼들, 산소, 오존 및 다른 해로운 환경적 동인에 기인하는 산화적 손상에 대항하여 식품 및 비-식품 산물들을 보호하기 위하여 기여할 수 있는 신규 조성물들의 필요들에 대하여 많은 예들이 있다. 유화시키고, 캡슐화하고, 또는 비타민들, 오메가-3 고도불포화 지방산들, 생선 오일들, 의약들, 페인트 안료(pigment)들, 기타 같은 종류의 것과 같은, 산화에 민감한 가치있는 산물들 상에 보호 필름을 형성하는 동시의 능력을 갖는 BFG 조성물들은 이들 민감한 물질들을 보호하는데 유용할 것이다. 우리는 우리의 BFG 조성물들이 놀랍게도 유화시키고, 캡슐화하고, 그리고 이들 민감한 산화-당하기 쉬운 물질들 상에 필름을 형성하는 능력을 가졌을 뿐 아니라, 놀랍게도 그것들의 항산화 특성들 때문에 산화를 방지하는 능력을 갖는다는 것을 발견하였다. 조성물들, 식품들 및 식물 피토케미칼들(phytochemicals)의 항산화력을 측정하는 하나의 방법은 상기 조성물의 ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity) 값을 결정하는 것이다. 이 테스트는 물질의 항산화 활성의 전체적인 측정을 제공한다. ORAC 지수가 높으면 높을 수록, 상기 물질의 항산화 용량은 더 커진다. 여기에서 언급된 신규 조성물들은 하기 공개된 절차들을 이용하여 상업적 실험실에 의하여 테스트되었다: Huang, D., et al., J. Agric. Food Chem., 50: 1815-1821 (2002); and Ou, B., et al., J. Agric. Food Chem., 50: 3122-3128 (2002). 그 결과들은 표 10에 나타나 있다.

결과들: pH 조정을 뒤이은 스프레이 건조를 하고 또는 하지 않고 샘플들을 단순히 증발시킴으로써 분리된 미가공(crude) BFG들(샘플들 B, E 및 I)은 놀랍게도, 100 그람의 산물 당 약 134,000 부터 약 170,000 마이크로몰(micromole) Trolox equivalency (TE) 까지의 친수성 ORAC 값들을 주었다. ORAC 값들은 끓인 고구마와 같은, 낮은 양의 항산화제들을 포함하는 좃어물들이 800 (μmol TE/100 grams) 미만의 ORAC 값들을 갖는 반면, 테스트된 가장 높은 ORAC 값들을 갖는 조성물들이 약 300,000 만큼 높은 ORAC 값들을 갖는다는 것을 이해함으로써 평가될 수 있다. 이들 데이터들은 샘플들 B, E 및 I 내 그것들과 같은 BFG 조성물들이 놀랍게도, 50,000 범위 내의 값을 갖는 건조 코코아 분말보다도 더 높은, 극단적으로 높은 레벨의 항산화제들을 갖는다는 것을 가리킨다. 흥미롭게도, 이로부터 BFG들이 모두 제조되는 옥수수 겨는 약 2,000의 훨씬 낮은 친수성(hydrophilic) ORAC 값들을 가졌는데, 이는 상당한 것이기는 하지만, 그것으로부터 분리된 미가공(crude) BFG 혼합물들 (134,000 내지 약 170,000 μmol TE/100 g) 및 정제 BFG (Hemi. B, 7,093 μmol TE/100 g)의 값들에 비하여 훨씬 적은 것이다. 또한, 옥수수 폐기물-흐름 시작 물질 (샘플 S)로부터 회수된 정제된 BFG (헤미셀룰로스(hemicellulose) B)는 놀랍게도 또한 옥수수 겨보다 더 높은 친수성 ORAC 값들을 가졌다. 흥미롭게도, 미국 특허 6,147,206 에 의하여 제조된 정제 옥수수 섬유 검(gum)은, (이들 조성물들이 공지 화합물들과 달랐다는 것을 다시 한 번 보여주는), 여기에 기재된 공정들에 의하여 제조된 정제 BFG 헤미셀룰로스 B (샘플 S)보다 더 높은 친수성 ORAC 값을 가졌다. 옥수수 대, 벼 섬유, 밀기울(wheat bran), 밀짚, 스위치그래스(switch grass), 억새(miscanthus), 및 사탕수수 바가스로부터 분리된 정제 BFG들 (Hemi. B)의 친수성 ORAC 값들은 그것들의 각각의 원래 바이오매스들보다 놀라울 정도록 더 높았는데(표 10), 이는 BFG 산물들을 포함하는 더 많은 항산화제가 가용화되고(solubilized) 본 발명의 알칼리성 공정에 의하여 이용가능하게 만들어질 수 있다는 것을 가리킨다. 우리의 결과들은 또한 모든 수수(sorghum) 겨들이 항산화제가 극단적으로 풍부하였고(ORAC 값: 24,000 - 78,000 μmol TE/100 g), 그리고 그것의 매우 높은 양(18,000-30,000 μmol TE/100 g)이 그것들의 분리에 사용되는 알칼리성 추출에 의하여 그것들의 BFG들에서 보존될 수 있다는 것을 가리켰다.

요약하면, 이들 BFG 혼합물들 및 정제된 BFG들은 놀랍게도 그것들이 제조된 물질들보다 훨씬 높은, 그리고 코코아와 같이 높은 레벨의 항산화제들을 갖는 것으로 알려진 물품들보다 훨씬 높은, 극단적으로 높은 ORAC 레벨들을 가졌다. 이와 같이, 우리의 미가공 조성물들 내 존재하는 올리고당들, 다당류들, 염들, 페놀 산들, 및 다른 지질들의 독특한 혼합물은 결합(combined)하여, ORAC 값에 의하여 측정된 바와 같이, 놀랍게도 높은 레벨의 항산화제들을 주었고, 그리고 그러므로 신규 및 유용한 물질들이다. 정제된 BFG들의 높은 ORAC 값들은 또한 놀라운, 특히 밀기울(wheat bran), 옥수수 대, 스위치그래스(switch grass), 및 억새로부터의 그것들이다. 이들 BFG들 모두는 강력한 항산화제일 뿐 아니라, 용해성(soluble) 식이섬유가 풍부(80%를 넘음)하였다(표 6). 이러한 물질들의 인간 소비는 심장 질환의 예방에 유리할 수 있다. 매우 높게 항산화제가 풍부한 수수(sorghum) 겨들의 ORAC 함량(content0의 매우 높은 비율은 현재의 알칼리 분리 기술을 이용하여 그것들의 BFG들에서 보존될 수 있다.

실시예 4. BFG들을 이용한 오일들의 캡슐화. 방법: 샘플들은 먼저 물 내 BFG 또는 검(Gum 아카시아(Acacia)의 5% 용액을 생산하여 제조하였다. 상기 BFG 또는 검(Gum) 아카시아(Acacia) 용액은 그 다음에 천연 오렌지 오일과 혼합되었고, 회전자(rotor)/고정자(stator) 높은(high)-시어(sheer) 믹서(mixer)를 이용하여 균질화되었다. 상기 용액은 그 다음에 캡슐화된 오일을 생산하기 위하여 분 당 1-2 mL로 초음파(ultrasonic) 진동(vibrating) 노즐을 이용하여 스프레이 드라이어 내로 쏟아부어졌다. 그 결과 및 사용된 특정 건조 조건들은 표 14에 주어져 있다.

결과: 열(Thermal) 중량(gravimetric) 분석이 200 ℃ 아래에서 캡슐화된 물질의 휘발량(중량 손실)을 측정함으로써, 모든 샘플들의 로딩(loadings)들을 결정하기 위하여 사용되었다. 200 ℃ 위에서, 상기 검(Gum) 아카시아(Acacia) 및 상기 BFG는 분해되기 시작했다. 캡슐화된 샘플들의 비교는 시험된 더 낮은 오일 로딩들(loadings)에서, 두 개의 BFG 샘플들은 캡슐화제로서의 유용성이 검 아카시아와 매우 유사하게 기능하였다. 검 아카시아는 사용된 캡슐화를 위한 좋은 대표적 기준이었다. 테스트된 더 높은 로딩 레벨에서, 상기 샘플들은 여전히 잘 기능하였다;그러나 로딩들은 검 아카시아보다는 다소 못하였다. 회수된 물질은 검 아카시아 샘플들의 그것에 상대적으로 BFG 샘플들에서 더 높았다. 이는 상기 BFG가 효과적인 캡슐화제로서 사용될 수 있는 온도 및 오일 로딩의 최적화를 갖는 것을 가리킨다.

실시예 5. 연목 합판 제조업에서 부분적 페놀-포름알데히드(PF) 수지 대체제로서의 BFG의 용도: 페놀(Phenol)-포름알데히드(Formaldehyde) (PF) 수지는 합판 제조업에서 사용된다. 이들 수지들은 상대적으로 비싸며, 그것에 노출된 이들에게 상대적으로 독성일 수 있으며, 상당한 양의 화석(fossil)-유래 성분들을 상당량 포함할 수 있다. 여기의 절차들에 따라 제조된 미정제, 반-정제된, 및 정제된 BFG들 및 그것들의 독특한 혼합물들은, 연목(softwood) 합판(plywood) 제조업에서 사용되는 PF 수지들의 일부를 대체할 수 있을지를 보기 위하여 테스트되었다. 효과적인 제거에 의한 포름알데히드 발산 통제의 문제들 및 점도 통제의 통상적인 문제들 관리의 관점에서 바로 물질 개발이며, 패널 제조 공장의 시간을 해결한다. 만약 BFG들이 허용가능한 물성들을 갖는다면, 그것들의 천연, 재생가능한, 그리고 비-독성 산물들은 합판 제조업에서 덜 바람직한 PF 수지들의 일부를 대체하는 것을 도울 수 있을 것이다.

수지 물리적 특성들의 테스트: 하기 모든 테스트 및 보고들은 상업적 실험실에 의하여 이루어졌는데(Forintek Canada Corp), 이는 BFG 산물을 제외한 모든 물질들을 제공하고 제조되었다. 이들 물질들은 Douglas 전나무(fir) 합판 베니어판들(veneers), 상업적 PF 수지, 소다 회(soda ash), 밀가루 및 필러(filler)를 포함한다. pH, 점도, 젤(gel) 시간, 및 고형물들 %를 포함하는 옥수수-겨 BFG의 물리적 특성들에 대하여 상업적 실험실에서 테스트들이 수행되었다. 대조군으로서, 상업적 합판 PF 수지가 또한 이들 특성들에 대하여 테스트되었다. 결과들은 표 15에 주어져 있다.

합판 패널들의 제조 및 테스트: 대조군 접착제(glue) 믹스(mix)가 합판 패널들의 전형적인 성분들을 포함하여 만들어졌다(construct)(표 16). 4 개의 실험적 접착제 제제(formulation)들이 10 또는 20%의 PF 수지를 대체하기 위하여 BFG를 이용하여 만들어졌다(표 16). 15 X 15 인치 테스트 패널들에서의 초기 실험들은 10% BFG 대체를 갖는 접착제 믹스 4a가 대조군 접착제 믹스와 유사하게 기능한다는 것을 보여주었다. 이 혼합물 4a는 그 다음에 차후 연구들에 사용되었다. 다음으로, 6개의 실험적 3-겹(ply) 합판 패널들 (패널들 E1-E6)이 Douglas 전나무 베니어판들 및 두 개의 다른 프레스(press) 온도에서 10% PF 수지 고형물들의 대체 레벨로 BFG를 포함하는 접착제 믹스 4a를 이용하여 생산되었다. 3개의 대조군 3-겹 합판 패널들(패널들 C1-C3)이 또한 표 16에 나타낸 상업적 페놀계(phenolic) 접착제 믹스를 이용하여 생산되었다. 이런 식으로, 총 9개의 합판 패널들이 하기 파라미터들에 따라 제조되었다:

보드(Board) 치수 34˝ X 24˝

상업적 PF 수지 Cascophen BCW2021

접착제 믹스 로딩(loading) 속도 35 lb / 1000 ft² (SGL)

힙핀 베니어판 Douglas 전나무(fir)

프레스(Press) 가압판(platen) 온도 300 ℉ 및 400 ℉

프레스 시간들 C1…C3 에 대하여 270, 300 및 330 초들(300℉에서)

E1…E3에 대하여 270, 300 및 330 초들(300℉에서)

E4…E6에 대하여 270, 300 및 330 초들(400℉에서)

그 결과인 합판 패널들은 American Voluntary Product Standard for Construction and Industrial Plywood PS 1-95에 의하여 특정된 절차들을 이용하여 목부 판단(wood failure) 및 전단 강도(shear strength)를 테스트하였다. 상기 테스트는 물 속에서 진공/압력 처리 및 끓이기(boil)-건조시키기(dry)-끓이기(boil) 처리들을 포함하였다. 목부 판단은 결합(bond)된 표본들 상 전단 강도 테스트들에서의 목재 섬유들을 파열시키는 것(rupturing)으로, 보통 이러한 판단(failure)를 보이는 것과 관련된 영역의 비율로써 표현된다. 높은 목부 판단(wood failure) %는 보통 강한 접착 결합을 가리킨다. 테스트 데이터의 개요는 표 17에서 보여준다.

상기 테스트들은 300 ℉ (즉, C1..C3 및 E1..E3)에서 생산된 모든 패널들이 합리적인 좋은 전단 강도들을 갖는다는 것을 보여주었다. 목부 판단 % 값들 또한 짧은 프레스 시간(270 초)에서 생산되었던 패널 E1의 그것들을 제외하면 높았다. 이들 테스트들은 PF 수지의 10% BFG 대체를 갖는 접착제(flue) 믹스가 만족스러운 결합 강도를, 그러나 다소 더 느린 고쳐지는(cure) 속도로 생산할 수 잇다는 것을 가리켰다. 이것은 또한 목부 판단(wood failure) % (E1 및 E4 데이터 참조)이 짧은 프레스 시간을 위하여 더 높은 프레스 온도(400 ℉)에서 훨씬 개선되었다는 관찰과 일치하였다. 패널들 E4-E6를 시험하는 것은 만족할만한 결합 강도가 프레스 시간이 너무 길지 않다면, E4 및 E5의 경우에서와 같이, 더 높은 프레스 온도에서 수득될 수 있다는 것을 보여주었다. 연장된 프레스 시간들(330 초)에서, 그러나 높은 프레스 온도는 목부 판단(wood failure) %가 대폭 감소한 E6의 케이스에서 보여준 바와 같이, BFG의 실시에 유해한 것으로 보였다.

결론: BFG는 Douglas 전나무(fir) 베니어들(veneers)로부터의 3-겹 외부용(exterior) 등급(grade) 합판의 제조에서 상업적 페놀-포름알데히드 수지 BCW2021의 10%를 쉽게 대체할 수 있다. 만족할만한 결합 강도들이 얻어졌다. BFG의 더 높은 대체 레벨들은 더 최적의 제제 및 가공 조건들로 달성될 수 있을 것이라는 것으로 상당히 보인다.

실시예 6. 브리켓들(Briquettes)을 위한 바인더로서 BFG의 용도. 방법: 숯(charcoal) 브리켓들은 갈은(ground) 견목(hardwood) 숯(char) (90%) 및 결합제로서 교질화된(gelatinized) 전분 또는 BFG을 갖는 톱밥(sawdust) (10%) 의 혼합물을 이용하여 만들어졌다. 상기 전분 바인더는 30% 전분 페이스트를 제조하기 위하여 물에서 조리함으로써 교질화되었고, 그 다음에 건조 물질 중량의 6-7%로 목재 숯(char)/톱밥 혼합물 내로 혼합되었다. 상기 BFG 바인더는 상기 목재 숯(char)/톱밥 혼합물 및 바인더를 활성화시키기 위하여 첨가된 물 내로 혼합되거나 또는 용액으로 제조되고 그 다음에 첨가되었다. BFG는 건조 물질 중량의 2 - 2.5 %에서 사용되었다. 믹서에서 상기 혼합물들이 제조된 후, 브리켓들은 몰드(mold) 내로 상기 혼합물 25 그램을 달아 만들어지고 1000 psi에서 30 초 동안 유압(hydraulic) 프레스(press)를 이용하여 압축되었다. 사용된 상기 몰드는 약 2.5 인치의 최종 브리켓들의 높이를 갖고 거의 1 인치 곱하기(by) 2 인치였다. 젖은 브리켓들은 15 시간 동안 105 ℃에서 오븐에서 건조되었다. 브리켓들의 질은 브리켓들의 견고성을 측정하기 위하여 파괴(puncture) 테스트를 이용하여 결정하였다. 이는 5 mm 프로브(probe) 및 인스트론(Instron) 텍스쳐(texture) 분석기를 이용하여 신선하고(녹색) 건조된 브리켓들에서 수행되었다. 각각의 혼합물에 대하여 5번 반복이 이루어졌으며, 그 결과들을 평균내었다. 결과들은 표 18에서 보여준다.

결과: 테스트된 모든 혼합물들에 대하여 브리켓들의 견고성은 건조 시 상당히 증가하였다. 전분이 바인더로서 사용될 때(대조군으로 고려되는), 그것은 테스트되는 BFG 샘플에 관한 가장 높은 생강도(green) 및 건조 강도를 야기하였다. (젖게 첨가된 그리고 건조 첨가된 그리고 물 활성화된) BFG #1 샘플들은 전분 대조군에서 사용되는 바인더의 3분의 1보다 덜 사용되어 이루어졌다. BFG 브리켓들은 전분 브리켓들만큼 강하지 않았다; 그러나, 그것들은 실행 가능한 산물을 생산하기에 충분히 강하였다. 사용된 BFG#2 물질은 건조 물질 중량의 2.5%로 첨가되었고, BFG#1 샘플로 사용된 더 낮은 레벨들에 대하여 훨씬 강한 브리켓들을 생산하였다. 더 높은 레벨로 BFG 첨가제를 증가시키는 것은 더욱 강한 최종 산물을 야기할 것이라는 것이 명확하다.

여기에 언급된 모든 참고문헌들은, 미국 특허들을 포함하여, 그 전체가 참고로서 포함된다. 또한 그 전체가 참고로써 포함되는 것은하기 참고문헌들이다: 미국 특허 5,766,662; 미국 특허 6,147,206.

이런 식으로, 상기 관점에서, 본 발명은 하기에 (부분적으로) 관한 것이다:

하기를 포함하거나(본질적으로 구성되거나 또는 구성되는) 바이오-베이스의 섬유 검(gum)들의 제조 공정:

(a) 약 75 ° 내지 약 150 ℃의 범위의 온도에서 가열된 알칼리성 용액으로 농업적 물질들을 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;

(b) 상기 슬러리로부터 불용성 성분들을 분리하여 약 9 내지 약 14의 pH를 갖는 용액을 생산하는 단계로, 이때 상기 용액은 0.1 내지 약 10 wt% 고형물들을 포함하고, 이때 상기 고형묾들은 알칼리 용해성 부분들(fractions)인 단계;

및 하기 중 하나:

(c) 상기 용액을 약 6 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(d) 상기 용액의 pH를 약 내지 약 12의 pH로 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(e) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 분말로 건조시키는 단계;

(f) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그리고 상기 용해성 성분들을 약 2 내지 약 5 배 부피의 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(g) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12 의 pH로 조정하고, 그리고 상기 용해성 성분들을 1 내지 5 배 부피의 유기 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(h) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그리고 상기 용해성 tdj분들을 약 1 내지 5 배 부피의 유기 용매(에탄올)(바람직하게는 약 2 배 부피의 에탄올)로 침전시켜, 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;또는

(i) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 5 (바람직하게는 약 3.5 내지 4.5로)의 pH로 조정하여, 헤미셀룰로스 A를 침전시키고, 남은 용액을 약 2 배 부피의 용매(에탄올)로 처리하여 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상청액을 따로 분리하는 단계;및

선택적으로 상기 용액은 하기 중 적어도 하나로 전처리된다:

(1) 상기 용액을 탈염시키고, 상기 탈염된 용액이 용액이 되는 단계;

(2) 상기 용액을 적어도 하나의 나노-여과 막 또는 한외-여과 막 또는 디아필트레이션(diafiltration) 막을 통하여 처리하고, 그리고 투과액(permeate)이 용액이 되는 단계;또는

(3) 상기 용액을 적어도 하나의 나노-여과 막 또는 한외-여과 막 또는 디아필트레이션(diafiltration) 막으로 처리하고, 그리고 농축물(retentate)이 용액이 되는 단계.

상기 공정, 이때 상기 건조는 드럼 건조 또는 스프레이 건조에 의한다.

상기 공정, 이때 상기 공정은 산화제들을 이용하지 않는다. 상기 공정, 이때 상기 산화제들은 과산화수소, 하이포아염소산나트륨, 및 그것들의 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된다.

상기 공정, 이때 상기 농업적 물질들은 옥수수 겨, 옥수수 섬유, 귀리 겨, 귀리 섬유, 밀기울(wheat bran), 밀 섬유, 보릿짚(barley straw) 및 껍질(hull), 스위치그래스(switchgrass), 사탕수수 바가스, 억새(miscanthus), 옥수수 대, 밀짚, 수수(sorghum) 겨 및 그것들의 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된다.

상기 공정, 하기를 포함하는(또는 본질적으로 구성되는 또는 구성되는) 상기 공정:

(a) 농업적 물질들을 약 75℃ 내지 약 150℃ 범위 (바람직하게는 약 85° 내지 약 90℃의 범위)의 온도에서 가열된 알칼리 용액으로 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;

(b) 상기 슬러리로부터 불용성 성분들을 분리하여 약 9 내지 약 14 (바람직하게는 약 10 내지 약 12의 범위)의 pH를 갖는 용액을 생산하고, 이때 상기 용액은 약 0.1 내지 약 10 wt% 고형물들을 포함하고 이때 상기 고형물들은 알칼리 용해성 부분들인 단계;

및 하기 중 적어도 하나:

(c) 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들으로 상기 용액을 증발시키고 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(d) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 약 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 분말로 건조시키는 단계;

(e) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 약 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 조정하고 그리고 분말로 건조시키는 단계;

(f) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 그리고 상기 용해성 성분들을 약 2 내지 약 5 배 부피(바람직하게는 약 2 배 부피)의 유기 용매(에탄올)로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(g) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 약 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그리고 상기 용해성 성분들을 2 내지 약 5 배 부피(바람직하게는 약 2 배 부피)의 유기 용매(에탄올)로 침전시켜, 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(h) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 (바람직하게는 약 4 내지 약 10의 pH로 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 7의 pH로) 조정하고, 그리고 상기 용해성 성분들을 에탄올로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;

(i) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 5 의 pH로 (바람직하게는 약 3.5 내지 4.5로) 조정하고 헤미셀룰로스 A를 침전시키고 남은 수용액을 2 배 부피의 유기 용매(에탄올)로 처리하여 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;및

선택적으로 상기 용액은 하기 중 적어도 하나로 전처리되는 단계;

(1) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막으로 처리하고, 상기 투과액은 그것들이 증발되고 건조된 후 제빙제들(de-icers), 프리바이오틱스, 등을 포함하는 여러가지 용도들에 유용한, 분자량 <10,000 달톤의 알칼리 용해성 부분들(fractions)을 포함하는 용액이 되는 단계;

(2) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막으로 처리하고 상기 농축물을 50,000 달톤 막을 통하여 처리하고, 상기 투과액은, 그것들이 증발되고 건조된 후 제빙제들(de-icers), 프리바이오틱스, 등을 포함하는 여러가지 용도들에 유용한, 10,000 및 50,000 달톤 사이의 분자량을 갖는, 알칼리 용해성 부분들을 포함하는 용액이 되는 단계;

(3) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하고, 그리고 상기 농축물을 50,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하고, 상기 농축물을 100,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하고, 투과액이, 그것들이 증발되고 건조된 후 제빙제들(de-icers), 프리바이오틱스, 등을 포함하는 여러가지 용도들에 유용한, 50,000 및 100,000 달톤 사이의 분자량을 갖는, 알칼리 용해성 부분들을 포함하는 용액이 되는 단계;

(4) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하고, 상기 농축물을 50,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하고, 상기 농축물을 100,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하고, 상기 농축물은, 일단 건조되면 정제된 BFG인 100,000 달톤보다 큰 분자량을 갖는, 알칼리 용해성 부분들을 포함하는, 용액이 되는 단계;

(5) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하고 상기 농축물을 50,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하고 상기 농축물을 100,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하고, 상기 농축물의 pH를 약 2 내지 약 5의 pH로 (바람직하게는 약 3.5 내지 4.5로) 조정하고 침전물을 침전시키며, 이는 그 다음에 건조되어 헤미셀룰로스-A를 생산하고, 남은 용액은 100,000 달톤보다 큰 분자량을 갖는 BFG 산물(헤미셀룰로스-B)를 포함하고, 이는 모든 pH 값들에서 용해성인 단계;

(6) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 (a) 증발되고 건조되어, 제빙제들(deicers)로서 유용한, 분자량 < 10,000 달톤을 갖는 산물을 생산하는 투과액 및 (b) 증발되고 건조된어 분자량 > 10,000 달톤이며, 반-정제된 BFG인 산물을 생산하는 농축물을 형성하는 단계;또는

(7) 상기 용액을 50,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 (a) 증발되고 건조되어, 제빙제들(deicers)로서 유용한, 분자량 < 50,000 달톤을 갖는 산물을 생산하는 투과액 및 (b) 증발되고 건조되어 분자량 > 50,000 달톤이고 반-정제된 BFG인 산물을 생산하는 농축물을 형성하는 단계; 또는

(8) 상기 용액을 100,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 (a) 증발되고 건조되어 제빙제들(deicers)로서 유용한, 분자량 < 100,000 달톤인 산물을 생산하는 투과액 및 (b) 증발되고 건조되어 분자량 > 100,000 달톤이고 정제된 BFG인 산물을 생산하는 농축물을 형성하는 단계;또는

(9) 상기 용액을 100,000 달톤 MWCO 한외여과 막으로 처리하여, 분자량 > 100,000 달톤을 갖는 산물을 포함하는 농축물을 형성하고, 상기 농축물의 pH를 약 2 내지 약 5 의 pH로 조정하여 (a) 그 다음에 건조되어 헤미셀룰로스- A를 형성하는 침전물 및 (b) 모든 pH 값들에서 용해성이고(헤미셀룰로스-B) 상당히 정제된 BFG인, 100,000 달톤보다 큰 분자량을 갖는 산물을 포함하는 용액;

(10) 상기 용액으로부터 염들 및 회분을 제거하고, 제빙제들(de-icers), 프리바이오틱스, 등을 포함하는 여러가지 용도들로 상기 염- 및 회분-포함 부분(투과액)을 이용하는 단계;

(11) 상기 용액으로부터 염들 및 회분을 제거하고, 상기 용액을 16-23 wt% 고형물들로 증발시키고, 그리고나서 그것들이 증발되고 건조된 후 프리바이오틱스, 항산화제, 결합제, 점도조절제(viscofiers), 접착제, 등을 포함하는 여러가지 용도들에 유용한 반-정제된 BFG 헤미셀룰로스를 생산하는 단계.

(12) 상기 용액으로부터 염들 및 회분을 제거하고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 5의 pH로 조정하여 (a) 그 다음에 건조되어 헤미셀룰로스- A 를 형성하는 침전물 및 (b) 반-정제된 BFG 헤미셀룰로스 B (모든 pH 범위들에서 용해성일 뿐 아니라 원래의 용액 내 존재하는 다른 비-이온성 물질들의 혼합물인)를 포함하는 용액을 형성하는 단계;

(13) 선택적으로 상기 용액을 한외여과 또는 디아필트레이션(diafiltration) 막 또는 나노여과에 의하여, 상기 한외여과 또는 상기 디아필트레이션(diafiltration) 막 또는 상기 나노여과 전 또는 후 pH 조정을 하여 또는 하지 않고, 전처리하여 (a) 주로 반-정제된 BFG 종류 "a" 산물들을 포함하는 용액들이 되는 농축물(retentate) 또는 농축물들(retentates) 및 (b) 건조되어 분말 형태가 될 수 있는 더 반-정제된 BFG 종류 "b" 산물들을 포함하는 용액들이 되는, 결과인 투과액(permeate) 또는 투과액들(permeates)를 형성하는 단계.

상기 공정에 의하여 생산된 산물.

(a) 바인더로서, 상기 공정에 의하여 생산된 산물 및 (b) 탄소성 물질들을 포함하는 조성물.

(a) 유화제로서 상기 공정에 의하여 생산도니 산물, (b) 오일 및 (c) 물을 포함하는 수중유적형 또는 유중수적형 조성물.

(a) 항산화제로서 상기 공정에 의하여 생산된 산물 및 (b) 산화성(oxidizable)인 물질을 포함하는 조성물.

산화성인 조성물의 산화를 감소시키는 방법으로, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 산화성인 조성물에 첨가하는 단계를 포함하는 방법. 산화성인 조성물의 산화를 감소시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 산화성인 조성물과 혼합하는 단계를 포함하는 방법.

탄소성 물질들을 결합시키는(binding) 방법으로서, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 상물을 탄소성 물질들에 첨가하고, 펠렛화시키는(pelletizing) 단계를 포함하는 방법. 탄소성 물질들의 방법으로, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 탄소성 물질들과 혼합하고, 펠렛화시키는 단계를 포함하는 방법.

수중유적형 또는 유중수적형 유화액을 안정화시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 오일 및 물에 첨가하는 단계를 포함하는 방법. 수중유적형 또는 유중수적형 유화액을 안정화시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 오일 및 물과 혼합하는 단계를 포함하는 방법.

더 적은 페놀-포름알데히드 수지를 갖는 합판을 생산하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 합판 제제들에 첨가하고, 프레싱한 후 가열하는 단계를 포함하는 방법.

산화성 물질(예컨대, 오일들, 향미들(flavors), 및 향(fragrances)들)을 안정화시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 공정에 의하여 생산된 산물을 산화성 물질에 첨가하여 유화액을 형성하고 스프레이 건조하여 캡슐화된 산물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.

본 발명의 다른 예들은 이 명세서의 고려 또는 여기에 공개된 본 발명의 실시로부터 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서 및 실시예들은 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 진정한 범위 및 참뜻은 하기 청구항들에 의하여 표시된다는 것이 의도된다.

ND = 결정되지 않음(Not Determined)

표 10. 표준 화합물들, 일부 선택된 신규 BFG 조성물들(미정제 및 정제) 및 원래 바이오매스들의 친수성(Hydrophilic) ORAC 값들

표 13. 옥수수 및 귀리 겨들로부터 만들어진 바이오섬유 검들의 탄수화물 조성

표 14. BFG를 이용한 오일들의 캡슐화

표 15: 정제된 옥수수-겨 BFG 및 상업적 합판 PF 수지의 물성들

표16: BFG가 있고 없는 접착제 믹스들의 성분들 및 물성들

표 17 진공압 테스트들 및 끓이기-건조시키기 테스트들의 개요

표 18. 브리켓 제조시 바인더로서 BFG의 이용

Claims

하기를 포함하는 바이오 베이스의 섬유 검들의 제조 공정:
(a) 농업적 물질들을 약 75°내지 약 150℃의 범위의 온도에서 가열된 알칼리 수용액과 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
(b) 상기 슬러리로부터 불용성 성분들을 분리하여 약 9 내지 약 14 의 pH를 갖는 용액을 생산하는 단계로, 이때 상기 용액은 약 0.1 내지 약 10 wt% 고형물들을 포함하고, 이때 상기 고형물들은 알칼리 용해성 부분들인 단계;
및 하기 중 하나:
(c) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 분말로 건조시키는 단계;
(d) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 그리고 분말로 건조시키는 단계;
(e) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12 의 pH로 조정하고, 분말로 건조시키는 단계;
(f) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 상기 수용성 성분들을 약 2 내지 약 5 배 부피의 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상청액을 건조시키는 단계;
(g) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12 의 pH로 조정하고, 상기 용해성 성분들을 1 내지 5 배 부피의 유기 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;
(h) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용해성 성분들을 약 1 내지 5 배 부피의 유기 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계; 또는
(i) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 5 의 pH로 조정하여 헤미셀룰로스 A를 침전시키고, 남은 용액을 약 2 배 부피의 용매로 처리하여 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상처액을 따로 건조시키는 단계;및
선택적으로 용액은 하기 중 적어도 하나로 전처리한다:
(1) 상기 용액을 탈염하고 상기 탈염된 용액이 용액이 되는 단계;
(2) 상기 용액을 적어도 하나의 나노여과 막 또는 한외여과 막 또는 디아필트레이션 막을 통하여 처리하고 투과액이 용액이 되는 단계; 또는
(3) 상기 용액을 적어도 하나의 나노여과 막 또는 한외여과 막 또는 디아필트레이션 막을 통하여 처리하고 농축물이 용액이 되는 단계.
제 1항에 있어서,
상기 건조는 드럼 건조 또는 스프레이 건조인 공정.
제 1항에 있어서,
상기 공정은 산화제들을 이용하지 않는 공정.
제 3항에 있어서,
상기 산화제들은 과산화수소, 하이포아염소산나트륨, 및 이것들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 공정.
제 1항에 있어서,
상기 농업적 물질들은 옥수수 겨, 옥수수 섬유, 귀리 겨, 귀리 섬유, 밀겨울, 밀 섬유, 보릿짚, 보리 껍질, 스위치그래서, 사탕수수 바가스, 억새, 옥수수 대, 밀짚, 수수 겨 및 이것들의 혼합물들로 구성되는 군으로부터 선택되는 공정.
제 1항에 있어서,
상기 공정은 하기를 포함하는 공정:
(a) 농업적 물질들은 약 75℃ 내지 약 150℃의 범위의 온도에서 가열된 알칼리 용액과 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
(b) 상기 슬러리로부터 불용성 성분들을 분리하여 약 9 내지 약 14의 pH를 갖는 용액을 생산하는 단계로 이때 상기 용액은 약 0.1 내지 약 10 wt% 고형물들을 포함하고, 이때 상기 고형물들은 알칼리 용해성 부분들인 단계;
및 하기 중 적어도 하나:
(c) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 분말로 건조시키는 단계;
(d) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12로 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 분말로 건조시키는 단계;
(e) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 분말로 건조시키는 단계;
(f) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용해성 성분들을 약 2 내지 약 5 배 부피의 유기 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;
(g) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 상기 용해성 성분들을 2 내지 약 5 배 부피의 유기 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;
(h) 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 12의 pH로 조정하고, 상기 용해성 성분들을 유기 용매로 침전시켜 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계;
(i) 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 5의 pH로 조정하여 헤미셀룰로스 A를 침전시키고, 남은 용액을 2 배 부피의 유기 용매로 처리하여 침전물 및 상청액을 형성하고, 상기 침전물 및 상기 상청액을 따로 건조시키는 단계; 및
선택적으로 상기 용액은 하기 중 적어도 하나로 전처리된다:
(1) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여, 분자량 <10,000 달톤을 갖는 알칼리 용해성 부분들을 포함하는 용액이 되는 투과액을 형성하는 단계;
(2) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통해 처리하여 농축물 및 투과액을 형성하고, 상기 농축물을 50,000 달톤 막을 통해 처리하여 10,000 및 50,000 달톤 사이의 분자량을 갖는 알칼리 용해성 부분들을 포함하는 용액이 되는 투과액을 형성하는 단계;
(3) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 첫 번째 농축물을 형성하고, 상기 첫 번째 농축물을 50,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하여 두 번째 농축물을 형성하고, 상기 두 번째 농축물을 100,000 Dalton MWCO 막을 통하여 처리하고, 투과액이 50,000 및 100,000 달톤 사이의 분자량을 갖는 알칼리 용해성 부분들을 포함하는 용액이 되는 단계;
(4) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 첫 번째 농축물을 형성하고, 상기 첫 번째 농축물을 50,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하여 두 번째 농축물을 형성하고, 상기 두 번째 농축물을 100,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하여, 100,000 달톤보다 큰 분자량을 갖는 알칼리 용해성 부분들을 포함하는 용액이 되는 세 번째 농축물을 처리하는 단계;
(5) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 첫 번째 농축물을 형성하고, 상기 첫 번째 농축물을 50,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하여 두 번째 농축물을 형성하고, 상기 두 번째 농축물을 100,000 달톤 MWCO 막을 통하여 처리하여 세 번째 농축물을 형성하고, 상기 세 번째 농축물의 pH를 약 2 내지 약 5의 pH로 조정하여 그 다음에 건조되어 헤미셀룰로스-A를 생산하는 침전물을 침전시키고, 남은 용액은 100,000 달톤보다 큰 분자량을 갖는 BFG 산물을 포함하고, 모든 pH 값들에서 용해성인 단계;
(6) 상기 용액을 10,000 달톤 MWCO 한외여과 막으로 처리하여, (a) 증발되고 건조되어 분자량 < 10,000 달톤인 산물을 생산하는 투과액 및 (b) 증발하고 건조되어 분자량 > 10,000 달톤인 산물을 생산하는 농축물을 형성하는 단계;
(7) 상기 용액을 50,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 (a) 증발하고 건조되어 분자량 < 50,000 달톤인 산물을 생산하는 투과액 및 (b) 증발하고 건조되어 분자량 > 50,000 달톤인 산물을 생산하는 농축물을 형성하는 단계;
(8) 상기 용액을 100,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 (a) 증발하고 건조되어 분자량 < 100,000 달톤을 갖는 산물을 생산하는 투과액 및 (b) 증발하고 건조되어 분자량 > 100,000 달톤을 갖는 산물을 생산하는 농축물을 형성하는 단계;
(9) 상기 용액을 100,000 달톤 MWCO 한외여과 막을 통하여 처리하여 분자량 > 100,000 달톤을 갖는 산물을 포함하는 농축물을 형성하고, 상기 농축물의 pH를 약 2 내지 약 5 의 pH로 조정하여 (a) 그 다음에 건조되어 헤미셀룰로스-A를 형성하는 침전물 및 (b) 모든 pH 값들에서 용해성인, 분자량이 100,000 달톤보다 큰 산물을 포함하는 용액을 형성하는 단계;
(10) 상기 용액으로부터 염들 및 회분을 제거하는 단계;
(11) 상기 용액으로부터 염들 및 회분을 제거하고 상기 용액을 약 16 내지 약 23 wt% 고형물들로 증발시키고 그 다음엑 건조시키는 단계;
(12) 상기 용액으로부터 염들 및 회분을 제거하고, 상기 용액의 pH를 약 2 내지 약 5 의 pH로 조정하여 (a) 그 다음에 건조되어 헤미셀룰로스-A를 형성하는 침전물 및 (b) 헤미셀룰로스 B를 포함하는 용액을 형성하는 단계; 또는
(13) 상기 용액을 한외여과 또는 디아필트레이션 또는 나노여과하기 전 또는 후에 pH 조정을 하고 또는 하지 않고서, 한외여과 또는 디아필트레이션 또는 나노여과로 전처리하여, (a) 용액이 되는 농축물 또는 농축물들 및 (b) 그 결과인, 용액이 되는 투과액 또는 투과액들을 형성하는 단계.
제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물.
(a) 바인더로서 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물 및 (b) 탄소성 물질들을 포함하는 조성물.
(a) 유화제로서 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물, (b) 오일 및 (c) 물을 포함하는, 수중유적형 또는 유중수적형 조성물.
(a) 항산화제로서 제 1항의 공정에 의하여 생산되는 산물 및 (b) 산화성인 물질을 포함하는 조성물.
산화성인 조성물의 산화를 감소시키는 방법으로, 상기 방법은 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물을ㅇ 산화성인 조성물에 첨가하는 단계를 포함하는 방법.
탄소성 물질들을 결합(binding)시키는 방법으로, 상기 방법은 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물을 탄소성 물질들에 첨가하고, 펠렛화시키는 단계를 포함하는 방법.
수중유적형 또는 유중수적형 유화액을 안정화시키는 방법으로, 상기 방법은 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물을 오일 및 물에 첨가하는 단계를 포함하는 방법.
페놀-포름알데히드 수지를 덜 갖는 합판을 생산하는 방법으로, 상기 방법은 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물을 합판 제제들에 첨가하고, 프레스한 후 가열하는 단계를 포함하는 방법.
산화성 물질[오일들, 향미들, 향들]을 안정화시키는 방법으로, 상기 방법은 제 1항의 공정에 의하여 생산된 산물을 산화성 물질에 첨가하여 유화액을 형성하고, 스프레이 건조시켜 캡슐화된 산물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.