UA107575C2 - Bioprocessing - Google Patents

Bioprocessing Download PDF

Info

Publication number
UA107575C2
UA107575C2 UAA201115097A UAA201115097A UA107575C2 UA 107575 C2 UA107575 C2 UA 107575C2 UA A201115097 A UAA201115097 A UA A201115097A UA A201115097 A UAA201115097 A UA A201115097A UA 107575 C2 UA107575 C2 UA 107575C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
fibers
inorganic fibers
fermentation
ions
substrate
Prior art date
Application number
UAA201115097A
Other languages
Ukrainian (uk)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority claimed from PCT/US2010/035302 external-priority patent/WO2010135356A1/en
Publication of UA107575C2 publication Critical patent/UA107575C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Винахід належить до способу ферментації, який включає функціоналізацію неорганічних волокон за допомогою взаємодії на волокна іонізуючого випромінювання і швидкого охолодження опромінених волокон; і контакт низькомолекулярного цукру з функціоналізованими неорганічними волокнами і ферментуючим мікроорганізмом, іммобілізованим на волокнах, в середовищі протягом періоду часу і в умовах, придатних для ферментації, для перетворення низькомолекулярного цукру в продукт ферментації, і при цьому ферментація виникає в результаті взаємодії між функціональними групами функціоналізованих волокон і функціональними групами мікроорганізму.The invention relates to a method of fermentation, which includes the functionalization of inorganic fibers through the interaction of fibers with ionizing radiation and rapid cooling of irradiated fibers; and contact of low molecular weight sugar with functionalized inorganic fibers and fermenting microorganism immobilized on fibers, in the medium for a period of time and under conditions suitable for fermentation, to convert low molecular weight sugar into a product of fermentation, and thus fermentation occurs as a result of functional interaction and functional groups of the microorganism.

Description

Дана заявка встановлює пріоритет тимчасової патентної заявки США Мо 61/180019, поданої 20 травня 2009 р., і тимчасової патентної заявки США Ме 61/25300, поданої 16 жовтня 2009 р. Повний опис кожної з даних тимчасових заявок включений за допомогою посилання в даний документ.This application establishes the priority of US Provisional Patent Application Mo 61/180019, filed May 20, 2009, and US Provisional Patent Application ME 61/25300, filed October 16, 2009. The full description of each of these provisional applications is incorporated by reference herein. .

Рівень технікиTechnical level

Вуглеводи можна конвертувати в інші матеріали методами біообробки, в яких використовуються агенти, в тому числі мікроорганізми або ферменти. Наприклад, в процесі ферментації вуглеводи перетворюються в спирти або кислоти під дією мікроорганізмів, наприклад, цукор перетворюється в спирт при використанні дріжджів в анаеробних умовах. Коли ферментація зупиняється до повної конверсії вуглеводу в кінцевий продукт, наприклад, цукру в спирт, кажуть, що відбувається "застигання" ферментації.Carbohydrates can be converted into other materials by bioprocessing methods that use agents, including microorganisms or enzymes. For example, in the process of fermentation, carbohydrates are converted into alcohols or acids under the action of microorganisms, for example, sugar is converted into alcohol when using yeast in anaerobic conditions. When the fermentation stops before the complete conversion of the carbohydrate to the final product, such as sugar to alcohol, the fermentation is said to be "set."

Інші способи біообробки включають ферментативний гідроліз целюлозних і лігноцелюлозних матеріалів в низькомолекулярні цукри.Other methods of bioprocessing include the enzymatic hydrolysis of cellulosic and lignocellulosic materials into low molecular weight sugars.

Суть винаходуThe essence of the invention

У деяких випадках присутність субстрату в біообробці сприяє перетворенню низькомолекулярного цукру в проміжний або кінцевий продукт або целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу в низькомолекулярний цукор. Автори даного винаходу виявили, що включення субстрату, наприклад, неорганічного або органічного матеріалу, в суміші з низькомолекулярним цукром в середовищі, наприклад, розчинника або системи розчинників і мікроорганізмами може підвищити вихід і швидкість виробництва проміжного або кінцевого продукту, що отримується шляхом конверсії цукру, наприклад, спирту, в тому числі етанолу або бутанолу (наприклад, н-бутанолу). Включення субстрату також може запобігати неповній, повільній або "застиглій" конверсії продукту, наприклад, шляхом ферментації.In some cases, the presence of a substrate in bioprocessing promotes the conversion of low molecular weight sugar into an intermediate or final product or cellulosic or lignocellulosic material into low molecular weight sugar. The authors of the present invention have discovered that the inclusion of a substrate, e.g., an inorganic or organic material, in admixture with a low molecular weight sugar in a medium, e.g., a solvent or solvent system, and microorganisms can increase the yield and rate of production of an intermediate or final product obtained by conversion of sugar, e.g. , alcohol, including ethanol or butanol (for example, n-butanol). The inclusion of a substrate can also prevent incomplete, slow or "stuck" product conversion, for example by fermentation.

Аналогічним чином, включення субстрату може прискорювати ферментативний гідроліз целюлозних або лігноцелюлозних матеріалів.Similarly, the inclusion of a substrate can accelerate the enzymatic hydrolysis of cellulosic or lignocellulosic materials.

Загалом, даний винахід стосується способів, які включають використання мікроорганізму і/або ферменту, який є іммобілізованим на субстраті, наприклад, волокнах або частинках, для конверсії вуглеводу в продукт.In general, the present invention relates to methods that include the use of a microorganism and/or an enzyme that is immobilized on a substrate, such as fibers or particles, to convert a carbohydrate into a product.

У одному аспекті даний винахід стосується способу, який включає використання мікроорганізму, який є іммобілізованим на субстраті, наприклад, неорганічних або пластмасових частинках або волокнах, щоб конвертувати низькомолекулярний цукор, наприклад, сахарозу, глюкозу, ксилозу або суміш будь-якого з них в проміжний або кінцевий продукт. У деяких випадках субстрат функціоналізують функціональними групами, які субстрат не містить в своєму природному стані.In one aspect, the present invention relates to a method that includes using a microorganism that is immobilized on a substrate, such as inorganic or plastic particles or fibers, to convert a low molecular weight sugar, such as sucrose, glucose, xylose, or a mixture of any of these, to an intermediate or the final product. In some cases, the substrate is functionalized with functional groups that the substrate does not contain in its natural state.

Термін "іммобілізований" означає, що мікроорганізм і/або фермент пов'язаний з субстратом безпосередньо або опосередковано (наприклад, через хімічний лінкер), ковалентними, водневими, іонними або еквівалентними зв'язками, і/або механічною взаємодією, наприклад, між мікроорганізмом і порами волокна або частинки. Зв'язок можна створювати, наприклад, електричною поляризацією матеріалу субстрату. Дана взаємодія може бути постійною, напівпостійною або короткочасною.The term "immobilized" means that the microorganism and/or enzyme is linked to the substrate directly or indirectly (e.g., through a chemical linker), by covalent, hydrogen, ionic, or equivalent bonds, and/or by mechanical interaction, for example, between the microorganism and pores of fibers or particles. The connection can be created, for example, by electrical polarization of the substrate material. This interaction can be permanent, semi-permanent or short-term.

Механічна взаємодія може включати поміщення або прикріплення мікроорганізму або ферменту в порах або інших місцях волокна або частинки.The mechanical interaction may involve the placement or attachment of the microorganism or enzyme in the pores or other locations of the fiber or particle.

Деякі варіанти здійснення включають одну або більше наступних відмітних особливостей.Some embodiments include one or more of the following distinctive features.

Конверсія може включати можливість мікроорганізму конвертувати щонайменше частину низькомолекулярного цукру в спирт, наприклад, етанол або бутанол, або у вуглеводень або водень.The conversion may include the ability of the microorganism to convert at least a portion of the low molecular weight sugar into an alcohol, such as ethanol or butanol, or into a hydrocarbon or hydrogen.

Конверсія може включати ферментацію. Мікроорганізм може включати дріжджі, наприклад,Conversion may involve fermentation. The microorganism may include yeast, e.g.

Засспаготусез сегемівіає (пекарські дріжджі) і/або Рісніа вііріїї5, або бактерії, наприклад, 7утотопав тобі. Спосіб може додатково включати опромінення субстрату, наприклад, неорганічних волокон, наприклад, іонізуючим випромінюванням, в тому числі пучком частинок. Волокна або частинки можуть мати питому поверхню по методу Брунауера-Еммета-Теллера (ВЕТ), що складає більше ніж 0,25 м3/г, і/або пористість, що становить щонайменше 70 95. У деяких випадках питома поверхня по методу ВЕТ може складати більше ніж 10, 100, 250, 500 або навіть 1000 мг/м. Даний спосіб може додатково включати повторне використання субстрату в процесі подальшої конверсії.Zasspagotusez segemiviae (baker's yeast) and/or Risnia viriiii5, or bacteria such as 7utotopap tobi. The method can additionally include irradiation of the substrate, for example, inorganic fibers, for example, with ionizing radiation, including a beam of particles. The fibers or particles may have a Brunauer-Emmett-Teller (VET) surface area greater than 0.25 m3/g and/or a porosity of at least 70 95. In some cases, the VET surface area may be more than 10, 100, 250, 500 or even 1000 mg/m. This method may additionally include reuse of the substrate in the process of further conversion.

У іншому аспекті даний винахід стосується суміші, яка включає субстрат, наприклад, зернистий матеріал, що має полярні функціональні групи, мікроорганізм або фермент, що має комплементарні функціональні групи, і рідке середовище. У деяких випадках субстрат включає волокна, наприклад, неорганічні волокна або пластмасові волокна.In another aspect, the present invention relates to a mixture that includes a substrate, for example, a granular material having polar functional groups, a microorganism or an enzyme having complementary functional groups, and a liquid medium. In some cases, the substrate includes fibers, such as inorganic fibers or plastic fibers.

У наступному аспекті даний винахід стосується композиції, що включає субстрат, наприклад, волокна або частинки, що мають функціональні групи, і мікроорганізм або фермент, що має комплементарні функціональні групи, причому даний мікроорганізм або фермент є іммобілізованим на субстраті. Коли використовують волокна, ці волокна можуть являти собою, наприклад, неорганічні волокна або пластмасові волокна.In a further aspect, the present invention relates to a composition comprising a substrate, for example, fibers or particles having functional groups, and a microorganism or enzyme having complementary functional groups, and this microorganism or enzyme is immobilized on the substrate. When fibers are used, these fibers can be, for example, inorganic fibers or plastic fibers.

Даний винахід також стосується способу, який включає конверсію низькомолекулярного цукру або матеріалу, який включає низькомолекулярний цукор в суміші з субстратом, мікроорганізмом і розчинником або системою розчинників, наприклад, водою або сумішшю води і органічного розчинника, в проміжний або кінцевий продукт. Приклади розчинників або систем розчинників включають воду, гексан, гексадекан, гліцерин, хлороформ, толуол, етилацетат, петролейний ефір, зріджений нафтовий газ (ЗНГ), іонні рідини і їх суміші. Розчинник або система розчинників може знаходитися у вигляді однієї фази, двох або більше фаз. Субстрат може існувати, наприклад, у волокнистій формі. Наприклад, субстрат може включати неорганічні волокна або синтетичні волокна, наприклад, пластмасові волокна.The present invention also relates to a method that includes the conversion of a low molecular sugar or a material that includes a low molecular sugar in a mixture with a substrate, a microorganism and a solvent or a solvent system, for example, water or a mixture of water and an organic solvent, into an intermediate or final product. Examples of solvents or solvent systems include water, hexane, hexadecane, glycerin, chloroform, toluene, ethyl acetate, petroleum ether, liquefied petroleum gas (LPG), ionic liquids, and mixtures thereof. The solvent or solvent system can be in the form of one phase, two or more phases. The substrate may exist, for example, in fibrous form. For example, the substrate may include inorganic fibers or synthetic fibers, such as plastic fibers.

У деяких випадках наявність субстрату (наприклад, волокон, оброблених яким-небудь способом, описаним в даному документі, або необроблених) в процесі виробництва проміжного або кінцевого продукту, наприклад, етанолу, може підвищити швидкість виробництва даного продукту. Без наміру слідувати якій-небудь певній теорії вважають, що наявність твердої речовини, наприклад, що має високу питому поверхню і/або високу пористість, може збільшувати швидкості реакцій збільшенням ефективної концентрації розчинених речовин і створення субстрату, на якому можуть відбуватися реакції.In some cases, the presence of a substrate (for example, fibers processed by any method described herein, or untreated) in the production process of an intermediate or final product, for example, ethanol, can increase the rate of production of this product. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that the presence of a solid, such as one with a high specific surface area and/or high porosity, can increase reaction rates by increasing the effective concentration of solutes and creating a substrate on which reactions can occur.

Наприклад, опромінений або неопромінений волокнистий матеріал, наприклад, неорганічні матеріали, в тому числі вуглецеві волокна або скловолокно, або синтетичні полімерні матеріали, в тому числі пластмасові волокна, можна вводити в процес ферментації, наприклад, в процес ферментації кукурудзи з утворенням етанолу або в процес ферментації екстракту цукрової тростини, щоб підвищити швидкість виробництва щонайменше на 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75 або 100 95 або більше, наприклад щонайменше на 150 95, або навіть до 1000 95. Волокнистий матеріал може мати велику питому поверхню, високу пористість і/або низьку об'ємну густину. У деяких варіантах здійснення волокнистий матеріал присутній в суміші в кількості, що складає від приблизно 0,5 мас. 95 до приблизно 50 мас. 95, наприклад, від приблизно 1 мас.95 до приблизно 25 мас. 95 або від приблизно 2 мас. 95 до приблизно 12,5 мас. 95. У інших варіантах здійснення волокнистий матеріал присутній в кількостях, що складають більше ніж приблизно 0,5 мас. 95, наприклад, більше ніж приблизно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 або навіть більше ніж приблизно 10 мас. 95. Наприклад, в деяких варіантах здійснення окиснений, опромінений або хімічно функціоналізований волокнистий матеріал можна вводити в процес ферментації низькомолекулярного цукру, наприклад, щоб підвищити швидкість і вихід ферментації.For example, irradiated or non-irradiated fibrous material, such as inorganic materials, including carbon fibers or glass fibers, or synthetic polymeric materials, including plastic fibers, can be introduced into a fermentation process, for example, into a fermentation process of corn to produce ethanol or into a process fermentation of sugar cane extract to increase the production rate by at least 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75 or 100 95 or more, for example at least 150 95, or even up to 1000 95. The fibrous material may have a high specific surface area, high porosity and/or low bulk density. In some embodiments, the fibrous material is present in the mixture in an amount ranging from about 0.5 wt. 95 to about 50 wt. 95, for example, from about 1 wt.95 to about 25 wt. 95 or from about 2 wt. 95 to about 12.5 wt. 95. In other embodiments, the fibrous material is present in amounts greater than about 0.5 wt. 95, for example, more than about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or even more than about 10 wt. 95. For example, in some embodiments, oxidized, irradiated, or chemically functionalized fibrous material can be introduced into a low molecular weight sugar fermentation process, for example, to increase the rate and yield of fermentation.

Оскільки сам субстрат не витрачається в процесі конверсії, даний субстрат можна повторно використати в багаторазових періодичних процесах або можна використати безперервно у виробництві великих об'ємів продукту.Since the substrate itself is not consumed in the conversion process, this substrate can be reused in repeated batch processes or can be used continuously in the production of large volumes of product.

Деякі варіанти здійснення включають одну або більше наступних відмітних особливостей.Some embodiments include one or more of the following distinctive features.

Конверсія може забезпечувати мікроорганізму можливість конвертувати щонайменше частину низькомолекулярного цукру в спирт, наприклад, етанол або бутанол. Наприклад, конверсія може включати ферментацію. Мікроорганізм може включати дріжджі, наприклад, вибрані з групи, в яку входять ЗассПпаготусев сегемівзіає і Рісніа віїрійє, або бактерії, в тому числі 7утотопав торбіїїв.The conversion may provide the microorganism with the ability to convert at least a portion of the low molecular weight sugar into an alcohol, such as ethanol or butanol. For example, the conversion may involve fermentation. The microorganism can include yeast, for example, selected from the group consisting of ZassPpagotusev segemiviae and Risnia viirije, or bacteria, including 7utotopap torbiije.

Мікроорганізм може являти собою природний мікроорганізм або генетично модифікований мікроорганізм. Наприклад, мікроорганізм може являти собою бактерію, наприклад, целюлітичну бактерію, грибок, наприклад, дріжджі, рослину або протист, наприклад, водорість, найпростіше або грибоподібний протист, наприклад, слизовик (міксоміцет). Коли організми є сумісними, можна використати суміші. Конверсія може забезпечувати процентну ефективність, що становить щонайменше 140 95, в деяких випадках щонайменше 170 95. Для обчислення процентної ефективності ферментації з утворенням етанолу використовують наступне рівняння:A microorganism can be a natural microorganism or a genetically modified microorganism. For example, the microorganism can be a bacterium, for example, a cellulitis bacterium, a fungus, for example, a yeast, a plant, or a protist, for example, an alga, a protozoa, or a fungus-like protist, for example, a slime (myxomycete). When the organisms are compatible, mixtures can be used. The conversion can provide a percent efficiency of at least 140 95, in some cases at least 170 95. To calculate the percent efficiency of fermentation with the formation of ethanol, the following equation is used:

Процентна ефективність - (вміст етанолу в досліджуваному зразку/вміст етанолу в контрольному зразку) 100Percent efficiency - (ethanol content in the test sample/ethanol content in the control sample) 100

Субстрат може включати волокнистий матеріал. Даний спосіб може додатково включати опромінення волокнистого матеріалу перед змішуванням, наприклад, за допомогою іонізуючого випромінювання, повна доза якого складає, наприклад, щонайменше 5 Мрад. Опромінення можна здійснювати з використанням пучка частинок, наприклад, електронного пучка. У деяких варіантах здійснення опромінення здійснюють на субстраті, причому субстрат знаходиться в атмосфері повітря, азоту, кисню, гелію або аргону. Опромінення можна здійснювати з використанням іонізуючого випромінювання, включаючи гамма-промені, пучок електронів або ультрафіолетове випромінювання в діапазоні С, що має довжину хвилі від приблизно 100 нм до приблизно 280 нм. Опромінення можна здійснювати, використовуючи множинні застосування випромінювання. У деяких випадках випромінювання можна застосовувати при повній дозі, що складає від приблизно 10 Мрад до приблизно 150 Мрад, наприклад, при потужності дози, що складає від приблизно 0,5 до приблизно 10The substrate may include a fibrous material. This method can additionally include irradiation of the fibrous material before mixing, for example, with the help of ionizing radiation, the total dose of which is, for example, at least 5 Mrad. Irradiation can be carried out using a beam of particles, for example, an electron beam. In some variants, the irradiation is carried out on the substrate, and the substrate is in an atmosphere of air, nitrogen, oxygen, helium or argon. Irradiation can be performed using ionizing radiation, including gamma rays, electron beams, or ultraviolet C radiation having a wavelength from about 100 nm to about 280 nm. Irradiation can be carried out using multiple applications of radiation. In some cases, the radiation may be administered at a total dose of from about 10 Mrad to about 150 Mrad, for example at a dose rate of from about 0.5 to about 10

Мрад/доба або від 1 Мрад/с до приблизно 10 Мрад/с. У деяких варіантах здійснення опромінення включає застосування двох або більше джерел випромінювання, включаючи гамма-випромінювання і пучок електронів.Mrad/day or from 1 Mrad/s to about 10 Mrad/s. In some embodiments, the implementation of irradiation includes the use of two or more sources of radiation, including gamma radiation and an electron beam.

У іншому аспекті субстрат включений в процес оцукрювання, в якому присутність субстрату може підвищити швидкість реакції і вихід низькомолекулярного цукру з вихідного матеріалу, що містить целюлозу. У даному аспекті даний винахід стосується способу, що включає використання оцукрювального агента, який є іммобілізованим на частинках, щоб оцукрювати целюлозний або лігноцелюлозний матеріал. Оцукрювальний агент може являти собою, наприклад, фермент.In another aspect, the substrate is included in the saccharification process, in which the presence of the substrate can increase the reaction rate and yield of low molecular weight sugar from the cellulosic feedstock. In this aspect, the present invention relates to a method comprising the use of a saccharifying agent that is immobilized on particles to saccharify cellulosic or lignocellulosic material. A sweetening agent can be, for example, an enzyme.

Якщо не визначена інша умова, всі технічні і наукові терміни, що використовуються в даному документі, мають такі ж значення, які є загальнозрозумілими для звичайного фахівця в галузі техніки, до якої належить даний винахід. Хоча в практичному здійсненні або випробуванні даного винаходу можна використати способи і матеріали, аналогічні або еквівалентні тим, які описані в даному документі, відповідні способи і матеріали описані нижче. Всі публікації, патентні заявки, патенти і інші джерела, згадані в даному документі, у всій своїй повноті включені в нього за допомогою посилання. У випадку суперечності переважаючу силу має даний опис, що включає визначення. Крім того, дані матеріали, способи і приклади є лише ілюстративними і не призначені як обмежувальні.Unless otherwise specified, all technical and scientific terms used herein have the same meanings as are commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention relates. Although methods and materials similar to or equivalent to those described herein may be used in the practice or testing of this invention, appropriate methods and materials are described below. All publications, patent applications, patents and other sources mentioned in this document are incorporated by reference in their entirety. In the event of a conflict, this description, including definitions, shall prevail. In addition, the materials, methods and examples provided are illustrative only and are not intended to be limiting.

Інші відмітні особливості і переваги даного винаходу стануть очевидні з наступного докладного опису і з формули винаходу.Other distinctive features and advantages of this invention will become apparent from the following detailed description and from the claims.

Опис кресленьDescription of drawings

Фіг. 1 представляє блок-схему, що ілюструє обробку волокон і використання оброблених волокон в процесі ферментації.Fig. 1 is a flow diagram illustrating the processing of fibers and the use of processed fibers in the fermentation process.

Фіг. ТА схематично представляє функціоналізоване волокно, яке взаємодіє з мікроорганізмом.Fig. TA schematically represents a functionalized fiber that interacts with a microorganism.

Докладний описDetailed description

Субстратні матеріали, описані в даному документі, наприклад, функціоналізовані зернисті матеріали, можуть сприяти конверсії низькомолекулярного цукру в проміжний або кінцевий продукт, наприклад, в процесі ферментації. Функціоналізовані субстратні матеріали, що містять функціональні групи бажаного типу і числа, в тому числі карбоксильні групи, енольні групи, альдегідні групи, кетонні групи, нітрильні групи, нітрогрупи або нітрозогрупи, можна отримати, використовуючи способи, описані в даному документі, або інші відомі способи.The substrate materials described herein, such as functionalized granular materials, may facilitate the conversion of a low molecular weight sugar into an intermediate or final product, such as in a fermentation process. Functionalized substrate materials containing functional groups of the desired type and number, including carboxyl groups, enol groups, aldehyde groups, ketone groups, nitrile groups, nitro groups, or nitroso groups, can be prepared using methods described herein or other known methods .

Субстратні матеріалиSubstrate materials

Матеріали, що обговорюються нижче, можна функціоналізувати функціональними групами, які є комплементарними відносно функціональних груп на агенті, який має бути використати в конверсії низькомолекулярного цукру, включаючи, наприклад, функціональні групи, присутні на мікроорганізмах, в тому числі дріжджах.The materials discussed below can be functionalized with functional groups that are complementary to functional groups on the agent to be used in the conversion of the low molecular weight sugar, including, for example, functional groups present on microorganisms, including yeast.

Прийнятні субстратні матеріали включають органічні і неорганічні зернисті матеріали. Субстратні матеріали включають, наприклад, неорганічні наповнювачі, в тому числі карбонат кальцію, (наприклад, обложений карбонат кальцію або природний карбонат кальцію), арагонітова глина, орторомбічні глини, кальцитова глина, ромбоедрична глина, каолінова глина, бентонітова глина, гідрофосфат кальцію, ортофосфат кальцію, пірофосфат кальцію, нерозчинний метафосфат натрію, ортофосфат магнію, тризаміщений фосфат магнію, гідроксіапатити, синтетичні апатити, оксид алюмінію, гідратований оксид алюмінію, ксерогель діоксиду кремнію, алюмосилікатні комплекси металів, алюмосилікат натрію, силікат цирконію, діоксид кремнію, графіт, воластоніт, слюда, скло, скловолокно, кремнезем, тальк, вуглецеві волокна, провідна сажа, керамічні порошки і керамічні волокна, а також тригідрат оксиду алюмінію. Можна також використати інші зернисті матеріали, до яких належать, наприклад, подрібнені будівельні відходи, подрібнена шинна гума, лігнін, малейований поліпропілен, нейлонові волокна або інші термопластичні волокна, а також фторовані полімери, наприклад, фторований поліетилен. Можна також використати поєднання перерахованих вище матеріалів.Acceptable substrate materials include organic and inorganic granular materials. Substrate materials include, for example, inorganic fillers, including calcium carbonate, (eg, precipitated calcium carbonate or natural calcium carbonate), aragonite clay, orthorhombic clays, calcite clay, rhombohedral clay, kaolin clay, bentonite clay, calcium hydrogen phosphate, calcium orthophosphate , calcium pyrophosphate, insoluble sodium metaphosphate, magnesium orthophosphate, trisubstituted magnesium phosphate, hydroxyapatites, synthetic apatites, aluminum oxide, hydrated aluminum oxide, silicon dioxide xerogel, aluminosilicate metal complexes, sodium aluminosilicate, zirconium silicate, silicon dioxide, graphite, wollastonite, mica, glass, fiberglass, silica, talc, carbon fibers, conductive carbon black, ceramic powders and ceramic fibers, as well as aluminum oxide trihydrate. Other granular materials may also be used, including, for example, shredded construction waste, shredded tire rubber, lignin, maleated polypropylene, nylon fibers or other thermoplastic fibers, and fluorinated polymers, such as fluorinated polyethylene. You can also use a combination of the above materials.

Деякі матеріали є в продажу в функціоналізованому стані. Наприклад, вуглецеві нанотрубки, що містять карбоксильні функціональні групи, постачає на продаж, наприклад, фірма Мапої! аб (Ньютон, штат Массачусетс, США), і функціоналізовані силікагелі постачає на продаж фірма Івсо, Іпс.Some materials are available for sale in a functional state. For example, carbon nanotubes containing carboxyl functional groups are supplied for sale by, for example, the company Mapoi! ab (Newton, Massachusetts, USA), and functionalized silica gels are supplied for sale by Ivso, Ips.

Дані зернисті матеріали можуть мати частинки, розмір яких складає, наприклад, більше ніж 1 мікрон, наприклад, більше ніж 2 мкм, 5 мкм, 10 мкм, 25 мкм або навіть більше ніж 35 мкм. Інші фізичні властивості переважних субстратів будуть описані нижче.These granular materials may have particles whose size is, for example, greater than 1 micron, such as greater than 2 μm, 5 μm, 10 μm, 25 μm, or even greater than 35 μm. Other physical properties of preferred substrates will be described below.

Наповнювачі, що містять нанометрові частинки, можна також використати як індивідуально, так і в поєднанні з волокнистими матеріалами будь-якого розміру і/або форми. Ці наповнювачі можуть знаходитися, наприклад, у вигляді частинок, пластин або волокон. Наприклад, можна використати глини, кремнієвих і вуглецевих нанотрубки або фулерени, що містять нанометрові частинки, а також кремнієві і вуглецеві наноніти. Наповнювач може мати поперечний розмір, що складає менше ніж 1000 нм, наприклад, менше ніж 900 нм, 800 нм, 750 нм, 600 нм, 500 нм, 350 нм, 300 нм, 250 нм, 200 нм, менше ніж 100 нм або навіть менше ніж 50 нм.Fillers containing nanometer particles can also be used both individually and in combination with fibrous materials of any size and/or shape. These fillers can be, for example, in the form of particles, plates or fibers. For example, you can use clay, silicon and carbon nanotubes or fullerenes containing nanometer particles, as well as silicon and carbon nanowires. The filler may have a transverse dimension of less than 1000 nm, for example, less than 900 nm, 800 nm, 750 nm, 600 nm, 500 nm, 350 nm, 300 nm, 250 nm, 200 nm, less than 100 nm, or even less than 50 nm.

У деяких варіантах здійснення наноглина являє собою бентонітову глину (монтморилоніт). Такі глини постачають фірми Мапосог, Іпс. і оцет Сіау Ргодисів, і вони описані в патентах США Мо 6849680 і Мо 6737464. Поверхню глин можна обробляти перед змішуванням, наприклад, з полімером або волокнистим матеріалом. Наприклад, поверхню глини можна обробляти таким чином, що дана поверхня набуде іонної природи і стане, наприклад, катіонною або аніонною.In some embodiments, the nanoclay is a bentonite clay (montmorillonite). Such clays are supplied by Maposog, Ips. and Siau Rhodyss vinegar, and are described in US Pat. Nos. 6,849,680 and 6,737,464. Clays can be surface treated prior to mixing with, for example, a polymer or fibrous material. For example, the surface of clay can be processed in such a way that this surface acquires an ionic nature and becomes, for example, cationic or anionic.

Можна також використати агреговані або агломеровані наповнювачі, що містять нанометрові частинки, або наповнювачі, що містять нанометрові частинки, які об'єднані в надмолекулярні структури, наприклад, самозбиральні надмолекулярні структури. Агреговані або надмолекулярні наповнювачі можуть мати відкриту або закриту структуру і приймати різноманітні форми, існуючи, наприклад, у вигляді клітини, трубки або сфери.You can also use aggregated or agglomerated fillers containing nanometer particles, or fillers containing nanometer particles that are combined into supramolecular structures, for example, self-assembled supramolecular structures. Aggregated or supramolecular fillers can have an open or closed structure and take various forms, existing, for example, in the form of a cell, tube or sphere.

Суміші будь-яких субстратних матеріалів, описаних в даному документі, можна використати для виробництва будь-яких продуктів, описаних в даному документі.Mixtures of any of the substrate materials described herein may be used to produce any of the products described herein.

Системи для функціоналізації субстратних матеріалів і використання субстратних матеріалів в ферментаціїSystems for the functionalization of substrate materials and the use of substrate materials in fermentation

Фіг. 1 представляє систему 100 для обробки субстратного матеріалу, наприклад, волокнистого або зернистого матеріалу, і подальшого використання обробленого матеріалу для прискорення процесу ферментації. Система 100 включає необов'язковий модуль 102, в якому субстратний матеріал функціоналізують, наприклад, опроміненням, окисненням, хімічною функціоналізацією або іншими способами. Якщо субстратний матеріал призначений для використання в своєму природному стані або був попередньо функціоналізований, дану стадію пропускають.Fig. 1 represents a system 100 for processing substrate material, such as fibrous or granular material, and further using the processed material to accelerate the fermentation process. The system 100 includes an optional module 102 in which the substrate material is functionalized, for example, by irradiation, oxidation, chemical functionalization, or other methods. If the substrate material is intended for use in its natural state or has been previously functionalized, this stage is skipped.

Оброблений субстратний матеріал, наприклад, функціоналізовані частинки або волокна, надходить в систему ферментації 106 за допомогою модуля 108, що подає субстрат. Субстратний матеріал можна подавати в будь-якій необхідній концентрації, що складає, наприклад, від приблизно 0,05 95 до приблизно 20 95, від приблизно 0,1 95 до приблизно 10 95, від приблизно 0,2 95 до приблизно б 95 або від приблизно 0,3 95 до приблизно 4 95. Концентрацію будуть частково визначати властивості використаного субстратного матеріалу і можлива кількість субстратного матеріалу, що додається практичним способом.Processed substrate material, for example, functionalized particles or fibers, enters the fermentation system 106 using a module 108 that supplies the substrate. The substrate material may be provided at any desired concentration, for example, from about 0.05 95 to about 20 95 , from about 0.1 95 to about 10 95 , from about 0.2 95 to about b 95 , or from about 0.3 95 to about 4 95. The concentration will be determined in part by the properties of the substrate material used and the possible amount of substrate material added in a practical manner.

Функціоналізований субстратний матеріал потім присутній в процесі ферментації і прискорює процес ферментації надаючи субстрат, який може взаємодіяти з мікроорганізмами, що використовуються в ферментації, наприклад, клітинами дріжджів. Ця взаємодія схематично представлена на фіг. 1А, яка зображує функціоналізоване полярне волокно 10 і дріжджову клітину 12, що має комплементарну полярну функціональну групу. Внаслідок полярності волокон і дріжджових клітин можлива іммобілізація клітини на одному або більшому числі волокон. Зв'язок дріжджової клітини (або іншого мікроорганізму) з волокнами може являти собою водневий зв'язок або ковалентний, або іонний зв'язок. У деяких випадках функціональні групи на волокнах можуть реагувати з функціональними групами на мікроорганізмі, утворюючи ковалентний зв'язок. Висока питома поверхня і пористість волокон забезпечує велику площу поверхні для взаємодії волокна і мікроорганізму і тим самим посилює цю взаємодію. Іммобілізовані клітини є більш продуктивними, збільшуючи ефективність і вихід процесу ферментації і запобігання передчасному "застиганню" даного процесу.The functionalized substrate material is then present in the fermentation process and accelerates the fermentation process by providing a substrate that can interact with the microorganisms used in the fermentation, for example, yeast cells. This interaction is schematically presented in fig. 1A, which depicts a functionalized polar fiber 10 and a yeast cell 12 having a complementary polar functional group. Due to the polarity of fibers and yeast cells, cell immobilization on one or more fibers is possible. The connection of the yeast cell (or other microorganism) with the fibers can be a hydrogen bond or a covalent or ionic bond. In some cases, the functional groups on the fibers can react with the functional groups on the microorganism, forming a covalent bond. The high specific surface area and porosity of the fibers provides a large surface area for the interaction of the fiber and the microorganism and thereby enhances this interaction. Immobilized cells are more productive, increasing the efficiency and yield of the fermentation process and preventing premature "freezing" of this process.

Потрібно зазначити, що якщо в процесі ферментації здійснюють перемішування, то це перемішування переважно є відносно м'яким (низькозсувним), щоб скоротити до мінімуму порушення взаємодії між мікроорганізмами і волокнами. У деяких варіантах здійснення використовують струминне перемішування, як описано у тимчасових патентних заявках США Мо 61/179995 від 20 травня 2009 р. і Мо 61/218832 від 19 червня 2009 р., а також в патентній заявці США Ме (номер не вказаний), поданій одночасно з даною заявкою під реєстраційним номером патентного повіреного 00119-105. Повний опис кожної з даних заявок включений в даний документ за допомогою посилання.It should be noted that if mixing is carried out in the fermentation process, this mixing is preferably relatively soft (low shear) in order to minimize disruption of the interaction between microorganisms and fibers. In some embodiments, jet mixing is used, as described in US Provisional Patent Applications Mo. 61/179995, dated May 20, 2009, and Mo. 61/218832, dated June 19, 2009, as well as in US Patent Application No. Me (no. assigned), filed simultaneously with this application under patent attorney registration number 00119-105. A full description of each of these applications is incorporated herein by reference.

У варіанті здійснення, представленому на фіг. 1, при ферментації утворюється неочищена суміш на основі етанолу, яка втікає в резервуар для зберігання 110. Вода або інший розчинник, а також інші неетанольні компоненти відганяють з неочищеної суміші на основі, використовуючи відгінну колону 112, і етанол потім переганяють, використовуючи дистиляційний блок 114, наприклад, ректифікаційну колону. Нарешті, етанол можна сушити, використовуючи молекулярне сито 116, денатурувати по мірі необхідності і спрямовувати на транспортування бажаним способом.In the embodiment shown in fig. 1, the fermentation produces a crude ethanol-based mixture that flows into a storage tank 110. Water or other solvent, as well as other non-ethanolic components, are distilled from the crude-based mixture using a stripping column 112, and the ethanol is then distilled using a distillation unit 114 , for example, a distillation column. Finally, the ethanol can be dried using a molecular sieve 116, denatured as needed, and routed for transport in the desired manner.

У деяких випадках системи, описані в даному документі, або їх компоненти, можуть бути портативними, щоб систему можна було перевозити (наприклад, залізничним, автомобільним або водним транспортом) з одного місця в інше. Стадії способу, описаного в даному документі, можна здійснювати в одному або декількох місцях, і в деяких випадках одну або більше стадій можна здійснювати в процесі транспортування. Така мобільна обробка описана в патентній заявці США Мо 12/374549 і в міжнародній патентній заявці Ме М/О 2008/011598, повні описи яких включені в даний документ за допомогою посилання.In some cases, the systems described herein, or components thereof, may be portable so that the system can be transported (eg, by rail, road, or water) from one location to another. The stages of the method described in this document can be carried out in one or more places, and in some cases one or more stages can be carried out in the process of transportation. Such mobile processing is described in US patent application Mo 12/374549 and in international patent application Me M/O 2008/011598, the full descriptions of which are incorporated herein by reference.

Фізичні властивості субстратуPhysical properties of the substrate

Як функціоналізовані субстратні матеріали, так і субстратні матеріали в своєму природному стані можуть мати фізичні властивості, що обговорюються в даному документі.Both functionalized substrate materials and substrate materials in their natural state may have the physical properties discussed herein.

При використанні в даному документі середні значення ширини волокна (наприклад, діаметри) являють собою значення, визначені оптичним способом при випадковому виборі приблизно 5000 волокон. Середні значення довжини волокна являють собою виправлені значення зваженої по довжині довжини. Значення питомої поверхні по методу ВЕТ являють собою багатоточкові значення питомої поверхні, і значення пористості являють собою значення, визначені методом ртутної порометрії.As used herein, average values of fiber widths (eg, diameters) represent values determined optically from a random selection of approximately 5,000 fibers. Average fiber length values are corrected length-weighted values. The values of the specific surface according to the method of VET represent the multipoint values of the specific surface, and the values of the porosity represent the values determined by the method of mercury porometry.

Якщо субстрат являє собою волокнистий матеріал, середнє відношення довжини до діаметра волокон механічно обробленого субстратного матеріалу може складати, наприклад, більше ніж 8/1, наприклад, більше ніж 10/1, більше ніж 15/1, більше ніж 20/1, більше ніж 25/1 або більше ніж 50/1.If the substrate is a fibrous material, the average length to diameter ratio of the fibers of the machined substrate material may be, for example, greater than 8/1, for example, greater than 10/1, greater than 15/1, greater than 20/1, greater than 25/1 or more than 50/1.

Середня довжина волокна може складати, наприклад, приблизно від 0,5 мм до 2,5 мм, наприклад, приблизно від 0,75 мм до 1,0 мм, і середня ширина (наприклад, діаметр) волокон може складати, наприклад, приблизно від 5 мкм до 50 мкм, наприклад, приблизно від 10 мкм до 30 мкм.The average fiber length may be, for example, about 0.5 mm to 2.5 mm, for example, about 0.75 mm to 1.0 mm, and the average width (e.g., diameter) of the fibers may be, for example, about 5 µm to 50 µm, for example approximately 10 µm to 30 µm.

У деяких варіантах здійснення стандартне відхилення довжини волокон може складати менше ніж 60 96 середньої довжини волокон, наприклад, менше ніж 50 96 середньої довжини, менше ніж 40 9о середньої довжини, менше ніж 25 95 середньої довжини, менше ніж 10 95 середньої довжини, менше ніж 5 95 середньої довжини, або навіть менше ніж 1 95 середньої довжини.In some embodiments, the standard deviation of the fiber length may be less than 60 96 of the average fiber length, for example, less than 50 96 of the average length, less than 40 90 of the average length, less than 25 95 of the average length, less than 10 95 of the average length, less than 5 95 of average length, or even less than 1 95 of average length.

У деяких варіантах здійснення питома поверхня по методу ВЕТ субстратного матеріалу складає більше ніж 0,1 ме/г, наприклад, більше ніж 0,25 м/г, 0,5 м/г, 1,0 ме/г, 1,5 мг/г, 1,75 мг/г, 5,0 мг/г, 10 ме/г, мг/г, 35 мг/г, 50 мг/г, 75 мг/г, 100 мг/г, 200 мг/г, 250 ме/г, 500 мг/г або навіть більше ніж 1000 мг/м.In some embodiments, the specific surface area according to the BET method of the substrate material is more than 0.1 me/g, for example, more than 0.25 m/g, 0.5 m/g, 1.0 me/g, 1.5 mg /g, 1.75 mg/g, 5.0 mg/g, 10 me/g, mg/g, 35 mg/g, 50 mg/g, 75 mg/g, 100 mg/g, 200 mg/g , 250 meu/g, 500 mg/g or even more than 1000 mg/m.

Пористість субстратного матеріалу може складати, наприклад, більше ніж 20 95, більше ніж 25 95, більше ніж 35 95, більше ніж 50 95, більше ніж 60 95, більше ніж 70 95, наприклад, більше ніж 80 95, більше ніж 85 95, більше ніж 90 95, більше ніж 92 95, більше ніж 94 95, більше ніж 95 95, більше ніж 97,5 95, більше ніж 99 95 або навіть більше ніж 99,5 95.The porosity of the substrate material can be, for example, more than 20 95, more than 25 95, more than 35 95, more than 50 95, more than 60 95, more than 70 95, for example, more than 80 95, more than 85 95, more than 90 95, more than 92 95, more than 94 95, more than 95 95, more than 97.5 95, more than 99 95 or even more than 99.5 95.

Гасіння і функціоналізація субстратуQuenching and functionalization of the substrate

У деяких випадках субстратний матеріал функціоналізують опроміненням. Можна також використати інші способи, які добре відомі в техніці, наприклад, окиснення або хімічну функціоналізацію. У деяких випадках функціоналізація субстратного матеріалу не є частиною процесу, наприклад, матеріал використовують в його природному стані, або його попередньо функціоналізує постачальник.In some cases, the substrate material is functionalized by irradiation. Other methods well known in the art, such as oxidation or chemical functionalization, can also be used. In some cases, the functionalization of the substrate material is not part of the process, for example, the material is used in its natural state, or it is pre-functionalized by the supplier.

Після обробки іонізуючим випромінюванням субстратний матеріал стає іонізованим, тобто матеріал включає радикали, які можна виявити за допомогою спектрометра електронного парамагнітного (спінового) резонансу. У даний час рівень практичного виявлення радикалів становить приблизно 10727 спінів при кімнатній температурі. Після іонізації матеріал можна гасити, щоб зменшити рівень радикалів в іонізованому матеріалі, наприклад, таким чином, щоб радикали перестали виявлятися за допомогою спектрометра електронного парамагнітного резонансу. Наприклад, радикали можна гасити прикладанням достатнього тиску до біомаси і/або використанням в контакті з іонізованою біомасою текучого середовища, в тому числі газоподібного або рідкого, що вступає в реакцію (гасіння) з радикалами. Введення газу або рідини, щоб щонайменше сприяти гасінню радикалів, можна використати для функціоналізації іонізованої біомаси утворенням функціональних груп необхідної кількості і виду, включаючи карбоксильні групи, енольні групи, альдегідні групи, нітрогрупи, нітрильні групи, аміногрупи, алкіламіногрупи, алкільні групи, хлоралкільні групи або хлорфторалкільні групи. Як обговорювалося вище, функціональні групи, впроваджені в матеріал при гасінні, можуть діяти як рецепторні центри для приєднання мікроорганізмів або ферментів.After treatment with ionizing radiation, the substrate material becomes ionized, that is, the material includes radicals that can be detected using an electron paramagnetic (spin) resonance spectrometer. Currently, the level of practical detection of radicals is approximately 10727 spins at room temperature. After ionization, the material can be quenched to reduce the level of radicals in the ionized material, for example, so that the radicals are no longer detectable with an electron paramagnetic resonance spectrometer. For example, radicals can be extinguished by applying sufficient pressure to the biomass and/or using a liquid medium, including gaseous or liquid, that reacts (quenching) with the radicals in contact with the ionized biomass. The introduction of gas or liquid to at least contribute to radical quenching can be used to functionalize the ionized biomass by forming functional groups of the desired amount and type, including carboxyl groups, enol groups, aldehyde groups, nitro groups, nitrile groups, amino groups, alkylamino groups, alkyl groups, chloroalkyl groups, or chlorofluoroalkyl groups. As discussed above, functional groups introduced into the material during quenching can act as receptor centers for the attachment of microorganisms or enzymes.

Виявлення радикалів в опромінених зразках методами спектроскопії електронного парамагнітного резонансу і терміни існування радикалів у вказаних зразках обговорюють в своїй статті Вапоіопца і інш., Рпузісз5 Медісіпе апа Віоіоду, 46(2001), 461-471 і іп Вапооца і інш., Надіайоп Ргоїесіоп Бозітету (Дозиметрія радіаційного захисту), 1999 р., т. 84, МоМо 1-4, стор. 293-296.The detection of radicals in irradiated samples by electron paramagnetic resonance spectroscopy methods and the terms of existence of radicals in these samples are discussed in their article by Vapoiotsa et al., Rpuzisz5 Medisipe apa Vioiodu, 46(2001), 461-471 and ip Vapootsa et al., Nadiayop Rgoiesiop Bozitetu ( Dosimetry of radiation protection), 1999, vol. 84, MoMo 1-4, p. 293-296.

У деяких варіантах здійснення гасіння включає прикладання тиску до іонізованого матеріалу, в тому числі за допомогою механічної деформації матеріалу, наприклад, безпосереднього механічного стиснення матеріалу по одному, двом або трьом напрямкам, або прикладанням тиску до текучого середовища, в яке занурений матеріал, використовуючи, наприклад, ізостатичне стиснення. У таких випадках сама деформація матеріалу виробляє радикали, які часто захоплюються в доменах кристалічної структури в досить тісній близькості один від одного, в результаті чого радикали можуть рекомбінувати або реагувати з іншою групою. У деяких випадках тиск прикладають разом з підведенням тепла, в тому числі достатньої кількості тепла для підвищення температури матеріалу вищої за температуру плавлення або температуру розм'якшення матеріалу або компонента матеріалу. Нагрівання може підвищувати рухливість молекул матеріалу, що може сприяти гасінню радикалів. Коли тиск використовують для гасіння, цей тиск може складати більше ніж приблизно 1000 фунтів на кв. дюйм (7 МПа), в тому числі більше ніж приблизно 1250 фунтів на кв. дюйм (8,75 МПа), 1450 фунтів на кв. дюйм (10,15 МПа), 3625 фунтів на кв. дюйм (25,38 МПа), 5075 фунтів на кв. дюйм (35,53 МПа), 7250 фунтів на кв. дюйм (50,75 МПа), 10000 фунтів на кв. дюйм (70 МПа) або навіть більше ніж 15000 фунтів на кв. дюйм (105 МПа).In some embodiments, quenching includes applying pressure to the ionized material, including by mechanically deforming the material, e.g., direct mechanical compression of the material in one, two, or three directions, or by applying pressure to the fluid in which the material is immersed, using, e.g. , isostatic compression. In such cases, the deformation of the material itself produces radicals, which are often trapped in domains of the crystal structure in fairly close proximity to each other, as a result of which the radicals can recombine or react with another group. In some cases, pressure is applied along with the addition of heat, including sufficient heat to raise the temperature of the material above the melting or softening temperature of the material or component of the material. Heating can increase the mobility of material molecules, which can help quench radicals. When pressure is used for extinguishing, this pressure can be greater than approximately 1000 psi. in. (7 MPa), including more than approximately 1,250 psi. in. (8.75 MPa), 1450 psi. in. (10.15 MPa), 3625 psi. in. (25.38 MPa), 5075 psi. in. (35.53 MPa), 7250 psi. in. (50.75 MPa), 10,000 psi. in. (70 MPa) or even more than 15,000 psi. inch (105 MPa).

У деяких варіантах здійснення гасіння включає контакт матеріалу з текучим середовищем, в тому числі рідким або газоподібним, наприклад, газом, здатним реагувати з радикалами, в тому числі ацетиленом або сумішшю ацетилену з азотом, етиленом, хлорованими етиленами або хлорфторетиленами, пропіленом або сумішшю цих газів. У інших певних варіантах здійснення гасіння включає контакт матеріалу з рідиною, наприклад, рідиною, яка розчиняється, або щонайменше здатна проникати в матеріал і реагувати з радикалами, в тому числі дієном, в тому числі 1,5-циклооктадієном.In some embodiments, quenching includes contacting the material with a fluid medium, including a liquid or gaseous medium, for example, a gas capable of reacting with radicals, including acetylene or a mixture of acetylene with nitrogen, ethylene, chlorinated ethylenes or chlorofluoroethylenes, propylene, or a mixture of these gases . In other certain embodiments, quenching includes contacting the material with a liquid, for example, a liquid that dissolves, or at least is capable of penetrating the material and reacting with radicals, including a diene, including 1,5-cyclooctadiene.

У деяких особливих варіантах здійснення гасіння включає контакт радикала з антиоксидантом, в тому числі вітаміном Е.In some specific embodiments, quenching involves contacting the radical with an antioxidant, including vitamin E.

Можливі і інші способи гасіння. Наприклад, будь-який спосіб гасіння радикалів в полімерних матеріалах, який описаний в патентній заявці США Ме 2008/0067724 (автори Мигаїодіи і інш.) ї в патенті США Мо 7166650 (автори Мигайдій і інш), можна використати для гасіння будь-якого іонізованого матеріалу, описаного в даному документі. Крім того, будь-який агент для гасіння (якийOther extinguishing methods are also possible. For example, any method of quenching radicals in polymeric materials, which is described in the US patent application Me 2008/0067724 (authors Mygaiodia et al.) and in the US patent Mo 7166650 (authors Mygaidiy et al.), can be used to quench any ionized material described in this document. In addition, any extinguishing agent (which

Мигаюдіси визначив терміном "сенсибілізатор" у вказаних вище патентних документах) і/або будь-якого антиоксидант, описаний в будь-якому з документів Мигаїадіи, можна використати для гасіння будь- якого іонізованого матеріалу.Mygaiudisi defined by the term "sensitizer" in the above patent documents) and/or any antioxidant described in any of Mygaiadia's documents can be used to quench any ionized material.

Функціоналізацію можна посилювати, використовуючи важкі заряджені іони, в тому числі будь-які з важких іонів, описаних в даному документі. Наприклад, якщо бажано прискорити окиснення, для опромінення можна використати заряджені іони кисню. Якщо бажані азотні функціональні групи, можна використати іони азоту або аніони, які включають азот. Аналогічним чином, якщо бажані групи, що містять сірку або фосфор, в опроміненні можна використати іони сірки або фосфору.Functionalization can be enhanced using heavy charged ions, including any of the heavy ions described herein. For example, if it is desired to accelerate oxidation, charged oxygen ions can be used for irradiation. If nitrogen functional groups are desired, nitrogen ions or anions that include nitrogen can be used. Similarly, if groups containing sulfur or phosphorus are desired, sulfur or phosphorus ions can be used in the irradiation.

Після гасіння будь-якого з гашених матеріалів, описаних в даному документі, можна додатково обробляти, використовуючи один або більше видів випромінювання, в тому числі іонізуюче або неіонізуюче випромінювання, ультразвукову обробку, піроліз і окиснення для додаткової зміни молекулярної і/або надмолекулярної структури.After quenching, any of the quenched materials described herein can be further processed using one or more types of radiation, including ionizing or non-ionizing radiation, ultrasonication, pyrolysis, and oxidation to further alter the molecular and/or supramolecular structure.

Обробка текучих середовищ пучком частинокTreatment of fluid media with a beam of particles

У деяких випадках субстратні матеріали можна обробляти пучок частинок в присутності одного або більше додаткових текучих середовищ (наприклад, газів і/або рідин). Вплив на матеріал пучком частинок в присутності одного або більше додаткових текучих середовищ може підвищувати ефективність обробки.In some cases, the substrate materials can be processed by the particle beam in the presence of one or more additional fluid media (eg, gases and/or liquids). Impact on the material by a beam of particles in the presence of one or more additional fluid media can increase the efficiency of processing.

У деяких варіантах здійснення матеріал обробляють пучком частинок в присутності текучого середовища, в тому числі повітря. Прискорені частинки вилітають з прискорювача через вихідний отвір (наприклад, тонку мембрану, в тому числі металеву фольгу), проходять через об'єм простору, зайнятого текучим середовищем, і потім потрапляють на матеріал. Крім безпосередньої обробки матеріалу, деякі частинки утворюють також хімічні сполуки шляхом взаємодії з частинками текучого середовища (наприклад, іонами і/або радикалами, що утворюються з різних компонентів повітря, включаючи озон і оксиди азоту). Ці хімічні речовини, що утворюються, можуть також взаємодіяти з матеріалом; наприклад, будь-який окисник, що утворюється, може окиснювати матеріал.In some embodiments, the material is treated with a beam of particles in the presence of a fluid medium, including air. Accelerated particles fly out of the accelerator through an outlet (for example, a thin membrane, including metal foil), pass through the volume of space occupied by the fluid medium, and then fall on the material. In addition to the direct processing of the material, some particles also form chemical compounds by interaction with particles of the fluid medium (for example, ions and/or radicals formed from various components of the air, including ozone and nitrogen oxides). These resulting chemicals can also interact with the material; for example, any oxidant that is formed can oxidize the material.

У певних варіантах здійснення додаткові текучі середовища можна вибірково вводити на шляху пучка частинок перед потраплянням пучка на матеріал. Як обговорювалося вище, реакції між частинками пучка і частинками текучих середовищ, що вводяться, можуть утворювати додаткові хімічні сполуки, які реагують з матеріалом і можуть сприяти функціоналізації матеріалу, і/або іншим чином вибірково змінювати певні властивості матеріалу. Одне або більше додаткових текучих середовищ можна спрямовувати на шлях пучка, наприклад, з живильної труби. Напрямок і швидкість руху текучого середовища, що вводиться (текучих середовищ), можна вибирати відповідно до необхідної потужності дози і/або напрямку обробки, щоб регулювати ефективність всієї обробки, включаючи ефекти, які виникають в результаті обробки на основі частинок, і ефекти, які зумовлені взаємодією частинок, що динамічно утворюються від введення текучого середовища з матеріалом.In certain embodiments, additional fluids can be selectively introduced into the path of the particle beam before the beam hits the material. As discussed above, reactions between the particles of the beam and the particles of the injected fluids can form additional chemical compounds that react with the material and can contribute to the functionalization of the material, and/or otherwise selectively change certain properties of the material. One or more additional fluids can be directed into the beam path, for example, from a feed tube. The direction and rate of movement of the administered fluid(s) can be selected according to the desired dose rate and/or treatment direction to regulate the effectiveness of the entire treatment, including effects resulting from particle-based treatment and effects due to by the interaction of particles that are dynamically formed from the introduction of a fluid medium with the material.

Крім повітря, приклади текучих середовищ, які можна вводити в іонні пучки, включають кисень, азот, один або більше благородних газів, один або більше галогенів і водень.In addition to air, examples of fluids that can be introduced into ion beams include oxygen, nitrogen, one or more noble gases, one or more halogens, and hydrogen.

Радіаційна обробкаRadiation treatment

Випромінюванням можна впливати на матеріал, який є сухим або мокрим, або навіть диспергованим в рідині, включаючи воду, і його можна використати в той час, коли матеріал знаходиться в атмосфері повітря, збагаченого киснем повітря або навіть чистого кисню, або покритий шаром інертного газу, в тому числі азоту, аргону або гелію. Коли переважне максимальне окиснення, використовують окиснювальне середовище, в тому числі повітря або кисень.The radiation can be applied to material that is dry or wet, or even dispersed in a liquid, including water, and can be used while the material is in an atmosphere of air, oxygen-enriched air or even pure oxygen, or covered by a layer of inert gas. including nitrogen, argon or helium. When maximum oxidation is preferred, an oxidizing medium, including air or oxygen, is used.

Випромінювання можна застосовувати під тиском, що складає більше ніж приблизно 2,5 атмосфери, в тому числі більше ніж 5, 10, 15, 20 або навіть більше ніж приблизно 50 атмосфер (відповідно, 0,25, 5, 1, 1,5, 2 або 5 МПа).The radiation can be applied at pressures greater than about 2.5 atmospheres, including greater than 5, 10, 15, 20, or even greater than about 50 atmospheres (respectively, 0.25, 5, 1, 1.5, 2 or 5 MPa).

У деяких варіантах здійснення для опромінення матеріалів використовують вплив на матеріал енергії, яка вибиває електрон з його атомної орбіталі. Випромінювання можуть створювати: 1) важкі заряджені частинки, в тому числі альфа-частинки або протони, 2) електрони, що утворюються, наприклад, при беті-розпаді або в прискорювачах електронних пучків, або 3) електромагнітне випромінювання, наприклад, гамма-випромінювання, рентгенівське випромінювання або ультрафіолетове випромінювання. У одному підході випромінювання, що створюється радіоактивними речовинами, можна використати для опромінення вихідного матеріалу. У деяких варіантах здійснення можна використати будь-яке поєднання випромінювання за пп. (1)-(3) в будь-якому порядку або одночасно. У іншому підході можна використати електромагнітне випромінювання (наприклад, отримане за допомогою випромінювачів електронних пучків) для опромінення вихідного матеріалу. У деяких випадках, коли переважно здійснити розщеплення ланцюга і/або функціоналізацію полімерного ланцюга, можна використати важчі частинки, ніж електрони, в тому числі протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. Коли переважне розщеплення ланцюга з розкриттям циклу, можна використати позитивно заряджені частинки внаслідок їх властивостей кислоти Льюїса для прискорення розщеплення ланцюга з розкриттям циклу. Наприклад, коли переважні кисеньвмісні функціональні групи, можна здійснювати опромінення в присутності кисню або навіть опромінення іонами кисню. Наприклад, коли бажані азотовмісні функціональні групи, можна здійснювати опромінення в присутності азоту або навіть опромінення іонами азоту.In some embodiments, materials are irradiated using energy that knocks an electron out of its atomic orbital. Radiation can be produced by: 1) heavy charged particles, including alpha particles or protons, 2) electrons produced, for example, in beta decay or in electron beam accelerators, or 3) electromagnetic radiation, such as gamma radiation, X-rays or ultraviolet radiation. In one approach, the radiation produced by radioactive substances can be used to irradiate the source material. In some embodiments, you can use any combination of radiation according to paragraphs. (1)-(3) in any order or simultaneously. Another approach is to use electromagnetic radiation (for example, produced by electron beam emitters) to irradiate the source material. In some cases, when chain cleavage and/or polymer chain functionalization is preferred, particles heavier than electrons can be used, including protons, helium nuclei, argon ions, silicon ions, neon ions, carbon ions, phosphorus ions, oxygen ions, or nitrogen ions. When ring-opening chain cleavage is preferred, positively charged particles due to their Lewis acid properties can be used to promote ring-opening chain cleavage. For example, when oxygen-containing functional groups are predominant, irradiation in the presence of oxygen or even irradiation with oxygen ions can be carried out. For example, when nitrogen-containing functional groups are desired, irradiation in the presence of nitrogen or even irradiation with nitrogen ions can be carried out.

Іонізуюче випромінюванняIonizing radiation

Кожний вигляд випромінювання іонізує вуглецевмісний матеріал за допомогою певної взаємодії, яку визначає енергія випромінювання. Важкі заряджені частинки іонізують речовину, головним чином, за допомогою кулонівського розсіяння; крім того, в цих взаємодіях утворюються високоенергетичні електрони, які можуть додатково іонізувати речовину. Альфа-частинки являють собою ядра атомів гелію і утворюються при альфі-розпаді ядер різних радіоактивних елементів, включаючи ізотопи вісмуту, полонію, астату, радону, францію, радію, ряду актинідів, включаючи актиній, торій, уран, нептуній, кюрій, каліфорній, америцій і плутоній.Each type of radiation ionizes the carbonaceous material through a specific interaction determined by the energy of the radiation. Heavy charged particles ionize matter mainly by means of Coulomb scattering; in addition, high-energy electrons are formed in these interactions, which can additionally ionize the substance. Alpha particles are the nuclei of helium atoms and are formed during the alpha decay of the nuclei of various radioactive elements, including isotopes of bismuth, polonium, astatine, radon, francium, radium, a number of actinides, including actinium, thorium, uranium, neptunium, curium, californium, americium and plutonium.

Коли використовують частинки, вони можуть бути нейтральними (незарядженими), позитивно зарядженими або негативно зарядженими. Коли частинки є зарядженими, вони можуть нести одиничний позитивний або негативний заряд або кратні заряди, наприклад, одиничний, подвійний, потрійний або навіть почетверений або вищі заряди. У тих випадках, де переважне розщеплення ланцюга, доцільні позитивно заряджені частинки, частково внаслідок своєї кислотної природи. Коли використовують частинки, ці частинки можуть мати масу спокою електрона або вищу масу, яка, наприклад, в 500, 1000, 1500 або 2000 або більше разів перевищує масу спокою електрона.When particles are used, they can be neutral (uncharged), positively charged, or negatively charged. When particles are charged, they can carry a single positive or negative charge or multiple charges, such as single, double, triple, or even quadruple or higher charges. In cases where chain cleavage is predominant, positively charged particles are desirable, partly due to their acidic nature. When particles are used, these particles may have the rest mass of the electron or a higher mass, such as 500, 1000, 1500, or 2000 or more times the rest mass of the electron.

Наприклад, частинки можуть мати масу, що складає від приблизно 1 атомних одиниці до приблизно 150 атомних одиниць, наприклад, від приблизно 1 атомних одиниці до приблизно 50 атомних одиниць, або від приблизно 1 до приблизно 25, наприклад, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 або 15 атомних одиниць.For example, the particles can have a mass of from about 1 atomic unit to about 150 atomic units, such as from about 1 atomic unit to about 50 atomic units, or from about 1 to about 25, such as 1, 2, 3, 4 , 5, 10, 12 or 15 atomic units.

Прискорювачі, що використовуються для прискорення частинок, можуть являти собою електростатичні прискорювачі постійного струму, електродинамічні прискорювачі постійного струму, радіочастотні лінійні, магнітно-індукційні лінійні або безперервно-хвильові пристрої. Наприклад, прискорювачі типу циклотрона постачає фірма ІВА (Бельгія), включаючи систему НподоїгопФ), в той час як прискорювачі постійного струму постачає фірма НОЇ (в даний час ІВА Іпдивіла!), включаючиAccelerators used to accelerate particles can be DC electrostatic accelerators, DC electrodynamic accelerators, radio frequency linear, magnetic induction linear, or continuous wave devices. For example, cyclotron-type accelerators are supplied by IVA (Belgium), including the NpodoihopF system), while DC accelerators are supplied by NOI (currently IVA Ipdivila!), including

БупатйгопФ. Іони і іонні прискорювачі обговорюються в роботах Іпігодисіогу Мисіваг РНувзісв (Введення в ядерну фізику), автор Кеппеїй 5. Ктапе, видавництво Уопп У/йеу б Бопв, Іпс., 1988 р.;BupatygopF. Ions and ion accelerators are discussed in the works of Ipigodisiogu Mysivag RNuvzisv (Introduction to nuclear physics), author Keppeii 5. Ktape, publishing house Wopp U/jeu b Bopv, Ips., 1988;

Ківіо Ргеєїес, Рігіка Вб, 1997 р., т. 4, стор. 177-206; Спи, Мат Т., Омегміем/ ої Гіднііоп Веат Тнегару (Огляд по терапії пучків легких іонів), конференція ІСВО-ІАЕА, Колумбус, штат Огайо, 18-20 березня 2006 р.; мага, М. і інш., АПегпаїйпд-Рпазе-Босизейа ІН-ОТІ ог Неаму-іооп Медіса| АссеїІетгаюг5 (Сфокусований прогінно-трубчастий лінійний прискорювач типу Н з фазами, що чергуються, для медичних прискорювачів важких іонів), матеріали ЕР АС 2006 р., Единбург (Шотландія); і І єапег, С. М. і інш., єЄїайв ої Ше БЗирегсопдисіпуд ЕСА оп бошсе МЕМИО5 (Стан надпровідного електронного циклотронного резонансного джерела іонів МЕМО5), матеріали ЕР АС 2000 р., Відень (Австрія).Kivio Rgeyes, Rigika Vb, 1997, vol. 4, p. 177-206; Spee, Matt T., Omegamiem/oi Hydniiop Veat Tnegaru (Review of Light Ion Beam Therapy), ISVO-IAEA Conference, Columbus, Ohio, March 18-20, 2006; maga, M., etc., APegpaiipd-Rpaze-Bosizeia IN-OTI og Neamu-ioop Medisa| AsseiIetgayug5 (Focused hollow-tube linear accelerator of type H with alternating phases for medical heavy ion accelerators), materials of ER AS 2006, Edinburgh (Scotland); and I Yeapeg, S. M. et al., Ye Yeiaiv oi She BZyregsopdisipud ESA op boshse MEMIO5 (State of Superconducting Electron Cyclotron Resonance Ion Source MEMO5), materials ER AS 2000, Vienna (Austria).

Гамма-випромінювання має перевагу значної глибини проникнення в різноманітні матеріали.Gamma radiation has the advantage of a significant depth of penetration into various materials.

Джерела гамма-випромінювання включають ядра радіоактивних елементів, в тому числі ізотопи кобальту, кальцію, технецію, хрому, галію, індію, йоду, заліза, криптону, самарію, селену, натрію і ксенону.Sources of gamma radiation include the nuclei of radioactive elements, including isotopes of cobalt, calcium, technetium, chromium, gallium, indium, iodine, iron, krypton, samarium, selenium, sodium, and xenon.

Джерела рентгенівського випромінювання включають зіткнення електронних пучків з металевими мішенями, виготовленими, в тому числі, з вольфраму або молібдену або сплавів, або компактні джерела світла, в тому числі ті, які виробляє фірма І упсєап.The sources of X-ray radiation include the collision of electron beams with metal targets made, among other things, of tungsten or molybdenum or alloys, or compact light sources, including those produced by the company I Upseap.

Джерела ультрафіолетового випромінювання включають дейтерієві або кадмієві лампи. Джерела інфрачервоного випромінювання включають керамічні лампи з вікном з сапфіру, цинку або селеніду.Sources of ultraviolet radiation include deuterium or cadmium lamps. Infrared sources include ceramic lamps with a sapphire, zinc, or selenide window.

Джерела мікрохвильового випромінювання включають клістрони, радіочастотні джерела типуSources of microwave radiation include klystrons, radio frequency sources of the type

Сльовіна (5іІєміп) або джерела атомних пучків, які використовують гази, в тому числі водень, кисень або азот.Sluvin (5iIemip) or atomic beam sources that use gases, including hydrogen, oxygen, or nitrogen.

Електронний пучокElectron beam

У деяких варіантах здійснення пучок електронів використовують як джерело випромінювання.In some embodiments, electron beams are used as a radiation source.

Пучок електронів має переваги високої потужності дози (наприклад, 1, 5 або навіть 10 Мрад в секунду), високої продуктивності, меншого об'єму і меншого вмісту обладнання. Електрони можуть також виявитися більш ефективними в реакціях розщеплення ланцюга. Крім того, електрони, що мають енергію від 4 до 10 МеВ, можуть мати глибину проникнення від 5 до 30 мм або більшу, в тому числі 40 мм.The electron beam has the advantages of high dose rate (for example, 1, 5 or even 10 Mrad per second), high productivity, smaller volume and smaller equipment content. Electrons may also be more efficient in chain cleavage reactions. In addition, electrons with energy from 4 to 10 MeV can have a penetration depth of 5 to 30 mm or more, including 40 mm.

Електронні пучки можна створювати, використовуючи, наприклад, електростатичні генератори, каскадні генератори, генератори-трансформатори, низькоенергетичні прискорювачі з системою сканування, низькоенергетичні прискорювачі з лінійним катодом, лінійний прискорювач і імпульсні прискорювачі. Електрони як джерело іонізуючого випромінювання можуть бути корисні, наприклад, для відносно тонких зрізів матеріалу, наприклад, менше ніж 0,5 дюйма, наприклад, менше ніж 0,4 дюйма, 0,3 дюйма, 0,2 дюйма або менше ніж 0,1 дюйма (12,7, 10,16, 7,62, 5,08 або 2,54 мм, відповідно). У деяких варіантах здійснення енергія кожного електрона в електронному пучку складає від приблизно 0,3 МеВ до приблизно 2,0 МеВ (мільйонів електрон-вольт), наприклад, від приблизно 0,5 МеВ до приблизно 1,5 МеВ або від приблизно 0,7 МеВ до приблизно 1,25 МеВ. Пристрої для опромінення електронними пучками можуть серійно виробляти фірми оп Вєеат Арріїсайоп5, (Лувен- ла-Нев, Бельгія) або Тпап Согрогайоп (Сан-Дієго, штат Каліфорнія). Звичайно енергії електронів становлять 1 МеВ, 2 МеВ, 4,5 МеВ, 7,5 МеВ або 10 МеВ. Звичайно потужність пристрою для опромінення електронним пучком становить 1 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 20 кВт, 50 кВт, 100 кВт, 250 кВт або 500 кВт. Рівень деполімеризації вихідного матеріалу залежить від енергії використовуваних електронів і застосовуваної дози в той час як час опромінення залежить від потужності і дози. Звичайно дози приймають значення, що становлять 1 кГр (кілогрей), 5 кГр, 10 кГр, 20 кГр, 50 кГр, 100 кГр або 200 кГр.Electron beams can be created using, for example, electrostatic generators, cascade generators, transformer generators, low-energy scanning accelerators, low-energy linear cathode accelerators, linear accelerators, and pulse accelerators. Electrons as a source of ionizing radiation may be useful, for example, for relatively thin sections of material, such as less than 0.5 inch, such as less than 0.4 inch, 0.3 inch, 0.2 inch, or less than 0.1 inches (12.7, 10.16, 7.62, 5.08, or 2.54 mm, respectively). In some embodiments, the energy of each electron in the electron beam is from about 0.3 MeV to about 2.0 MeV (million electron volts), such as from about 0.5 MeV to about 1.5 MeV or from about 0.7 MeV to about 1.25 MeV. Devices for irradiation with electron beams can be mass-produced by Veeat Arriyop5 (Louven-la-Neuve, Belgium) or Tpap Sogrogayop (San Diego, California). Typically, electron energies are 1 MeV, 2 MeV, 4.5 MeV, 7.5 MeV, or 10 MeV. Typically, the power of the electron beam irradiation device is 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW or 500 kW. The level of depolymerization of the starting material depends on the energy of the used electrons and the applied dose, while the irradiation time depends on the power and dose. Usually, doses are taken as 1 kGy (kilogray), 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy or 200 kGy.

Пучок іонних частинокA beam of ion particles

Можна використати важчі частинки, ніж електрони, щоб опромінювати будь-який з матеріалів біомаси, описаних в даному документі. Наприклад, можна використати протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. У деяких варіантах здійснення частинки важчі за електрони можуть спричиняти більш значне розщеплення ланцюга (в порівнянні з частинками меншої маси). У деяких випадках позитивно заряджені частинки можуть проводити більш значне розщеплення ланцюга, ніж негативно заряджені частинки, внаслідок своєї кислотності. Пучок важчих частинок можна створювати, наприклад, використовуючи лінійні прискорювачі або циклотрони. У деяких варіантах здійснення енергія кожної частинки в пучку становить 1,0 МеВ/ат.од. до приблизно 6000 МеВ/ат.од., наприклад, від приблизно З МеВ/ат.од. до приблизно 4,800 МевВ/ат.од. або від приблизно 10 МеВ/ат.од. до приблизно 1000 МевВ/ат.од. (атомна одиниця).Particles heavier than electrons can be used to irradiate any of the biomass materials described herein. For example, protons, helium nuclei, argon ions, silicon ions, neon ions, carbon ions, phosphorus ions, oxygen ions or nitrogen ions can be used. In some embodiments, particles heavier than electrons can cause more significant chain cleavage (compared to particles of lower mass). In some cases, positively charged particles can carry out more significant chain cleavage than negatively charged particles due to their acidity. A beam of heavier particles can be created, for example, using linear accelerators or cyclotrons. In some embodiments, the energy of each particle in the beam is 1.0 MeV/at.unit. to about 6000 MeV/at.unit, for example, from about 3 MeV/at.unit. to approximately 4,800 MeV/at.unit. or from approximately 10 MeV/at.unit. up to approximately 1000 MeV/at.unit. (atomic unit).

У певних варіантах здійснення іонні пучки, що використовуються для опромінення вуглецевмісних матеріалів, наприклад, матеріалу біомаси, можуть включати іони більше ніж одного типу. Наприклад, іонні пучки можуть включати суміші іонів двох або більше (наприклад, трьох, чотирьох або більше) різних типів. Зразкові суміші можуть включати іони вуглецю і протони, іони вуглецю і іони кисню, іони азоту і протони, і іони заліза і протони. У більш загальному випадку суміші будь-яких вказаних вище іонів (або будь-яких інших іонів) можна використати для створення опромінюючих іонних пучків.In certain embodiments, ion beams used to irradiate carbonaceous materials, such as biomass material, may include more than one type of ion. For example, ion beams may include mixtures of ions of two or more (eg, three, four, or more) different types. Exemplary mixtures may include carbon ions and protons, carbon ions and oxygen ions, nitrogen ions and protons, and iron ions and protons. More generally, mixtures of any of the above ions (or any other ions) can be used to create irradiating ion beams.

Зокрема, суміші відносно легких і відносно важких іонів можна використати в одних іонних пучках.In particular, mixtures of relatively light and relatively heavy ions can be used in the same ion beams.

У деяких варіантах здійснення іонні пучки для опромінення матеріалів включають позитивно заряджені іони. Позитивно заряджені іони можуть включати, наприклад, позитивно заряджені іони водню (наприклад, протони), іони інертних газів (включаючи, наприклад, гелій, неон, аргон), іони вуглецю, іони азоту, іони кисню, іони кремнію, іони фосфору і іони металів, в тому числі іони натрію, іони кальцію і/або іони заліза. Без наміру слідувати якій-небудь теорії вважають, що вказані позитивно заряджені іони виявляють хімічні властивості кислот Льюїса при впливі на матеріали, ініціюючи і підтримуючи реакції катіонного розщеплення ланцюга з розкриттям циклу в окиснювальному середовищі.In some embodiments, ion beams for irradiating materials include positively charged ions. Positively charged ions may include, for example, positively charged hydrogen ions (eg, protons), inert gas ions (including, for example, helium, neon, argon), carbon ions, nitrogen ions, oxygen ions, silicon ions, phosphorus ions, and metal ions. , including sodium ions, calcium ions and/or iron ions. Without intending to follow any theory, it is believed that the specified positively charged ions exhibit the chemical properties of Lewis acids upon impact on materials, initiating and supporting cationic chain splitting reactions with cycle opening in an oxidizing environment.

У певних варіантах здійснення іонні пучки для опромінення матеріалів включають негативно заряджені іони. Негативно заряджені іони можуть включати, наприклад, негативно заряджені іони водню (наприклад, гідрид-іони) і негативно заряджені іони різних відносно електронегативних ядер (наприклад, іони кисню, іони азоту, іони вуглецю, іони кремнію і іони фосфору). Без наміру слідувати якій-небудь теорії вважають, що такі негативно заряджені іони виявляють хімічні властивості основIn certain embodiments, ion beams for irradiating materials include negatively charged ions. Negatively charged ions may include, for example, negatively charged hydrogen ions (eg, hydride ions) and negatively charged ions of various relatively electronegative nuclei (eg, oxygen ions, nitrogen ions, carbon ions, silicon ions, and phosphorus ions). Without intending to follow any theory, it is believed that such negatively charged ions exhibit the chemical properties of bases

Льюїса при впливі на матеріали, ініціюючи і підтримуючи реакції катіонного розщеплення ланцюга з розкриттям циклу у відновному середовищі.Lewis when affecting materials, initiating and supporting cationic chain splitting reactions with ring opening in a reducing environment.

У деяких варіантах здійснення пучки для опромінення матеріалів можуть включати нейтральні атоми. Наприклад, пучки, що містять будь-який один або більше видів атомів з числа, до яких належать атоми водню, атоми гелію, атоми вуглецю, атоми азоту, атоми кисню, атоми неону, атоми кремнію, атоми фосфору, атоми аргону і атоми заліза, використовують для опромінення матеріалу біомаси. Як правило, в пучках можуть бути присутніми суміші атомів двох або більше типів (наприклад, трьох або більше, чотирьох або більше, або ще більше типів).In some embodiments, beams for irradiating materials may include neutral atoms. For example, beams containing any one or more types of atoms, including hydrogen atoms, helium atoms, carbon atoms, nitrogen atoms, oxygen atoms, neon atoms, silicon atoms, phosphorus atoms, argon atoms, and iron atoms, used for irradiation of biomass material. As a rule, mixtures of atoms of two or more types (for example, three or more, four or more, or even more types) may be present in the bundles.

У певних варіантах здійснення іонні пучки, що використовуються для опромінення матеріалів, включають іони з одиничним зарядом, в тому числі один або більше з іонів Не, Н", Не", Ме», Аг", Ся, Су,In certain embodiments, the ion beams used to irradiate materials include singly charged ions, including one or more of He, H, He, Me, Ag, Xia, Su,

ОО М М, Бі", 5, РУ, Р", Мах, Са: і Ге». У деяких варіантах здійснення іонні пучки можуть включати іони з кратними зарядами, в тому числі один або більше з іонів Се С, СЯ, Мк, Ме, М, 02, 02, ог,OO M M, Bi", 5, RU, R", Mach, Sa: and Ge". In some embodiments, the ion beams may include ions with multiple charges, including one or more of the ions Ce C, СЯ, Mk, Me, M, 02, 02, ог,

Біг, Бі, Біг і Біт. Як правила, іонні пучки можуть також включати більш складні багатоядерні іони, які несуть кратні позитивні або негативні заряди. У певних варіантах здійснення, внаслідок структури багатоядерного іона, позитивні або негативні заряди можуть ефективно розподілятися по практично всій структурі іонів. У деяких варіантах здійснення позитивні або негативні заряди можуть в деякій мірі локалізуватися на частинах структури іонів.Big, Bee, Big and Bit. As a rule, ion beams can also include more complex polynuclear ions that carry multiple positive or negative charges. In certain embodiments, due to the polynuclear ion structure, positive or negative charges can be effectively distributed over substantially the entire ion structure. In some embodiments, positive or negative charges may be localized to some extent on portions of the ion structure.

Електромагнітне випромінюванняElectromagnetic radiation

У варіантах здійснення, в яких опромінення здійснюють за допомогою електромагнітного випромінювання, електромагнітне випромінювання може мати, наприклад, енергію на фотон (в електроні-вольтах), що складає більше ніж 102 еВ, наприклад, більше ніж 103, 107, 105, 105 або навіть більше ніж 107 еВ. У деяких варіантах здійснення електромагнітне випромінювання має енергію на фотон, що складає від 107 до 107, наприклад, від 105 до 105 еВ. Електромагнітне випромінювання може мати частоту, що складає, наприклад, більше ніж 1075 Гц, більше ніж 1017 Гц, 1018, 1019, 1020 або навіть більше ніж 10-! Гу. У деяких варіантах здійснення електромагнітне випромінювання має частоту, що складає від 1078 до 1022 Гц, наприклад, від 1079 до 102! Гц.In embodiments in which the exposure is by electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation may have, for example, an energy per photon (in electron volts) greater than 102 eV, such as greater than 103, 107, 105, 105, or even more than 107 eV. In some embodiments, the electromagnetic radiation has an energy per photon of 107 to 107, for example, 105 to 105 eV. Electromagnetic radiation can have a frequency that is, for example, more than 1075 Hz, more than 1017 Hz, 1018, 1019, 1020 or even more than 10-! Gu. In some embodiments, the electromagnetic radiation has a frequency of 1078 to 1022 Hz, for example, 1079 to 102! Hz.

ДозиDoses

У деяких випадках опромінення здійснюють при потужності дози, що складає більше ніж приблизно 0,25 Мрад на секунду, наприклад, більше ніж приблизно 0,5, 0,75, 1,0, 1,5, 2,0 або навіть більше ніж приблизно 2,5 Мрад на секунду. У деяких варіантах здійснення опромінення здійснюють при потужності дози, що складає від 5,0 і 1500,0 кілорад/год., наприклад, від 10,0 до 750,0 кілорад/год. або від 50,0 до 350,0 кілорад/год.In some cases, exposure is performed at a dose rate greater than about 0.25 Mrad per second, such as greater than about 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, or even greater than about 2.5 Mrad per second. In some variants, the irradiation is carried out at a dose rate of between 5.0 and 1500.0 kilorads/h, for example, from 10.0 to 750.0 kilorads/h. or from 50.0 to 350.0 kilorads/h.

У деяких варіантах здійснення опромінення (при використанні будь-якого джерела випромінювання або поєднання джерел) здійснюють доти, доки матеріал не отримає дозу, що становить щонайменше 0,1 Мрад щонайменше 0,25 Мрад, наприклад щонайменше 1,0 Мрад щонайменше 2,5 Мрад щонайменше 5,0 Мрад щонайменше 10,0 Мрад щонайменше 60 Мрад або щонайменше 100 Мрад. У деяких варіантах здійснення опромінення здійснюють доти, доки матеріал не отримає дозу, що складає від приблизно 0,1 Мрад до приблизно 500 Мрад, від приблизно 0,5 Мрад до приблизно 200 Мрад, від приблизно 1 Мрад до приблизно 100 Мрад або від приблизно 5 Мрад до приблизно 60 Мрад. У деяких варіантах здійснення застосовують відносно низьку дозу опромінення, що складає, наприклад, менше ніж 60 Мрад.In some embodiments, the irradiation (using any radiation source or combination of sources) is carried out until the material receives a dose of at least 0.1 Mrad at least 0.25 Mrad, for example at least 1.0 Mrad at least 2.5 Mrad at least 5.0 Mrad at least 10.0 Mrad at least 60 Mrad or at least 100 Mrad. In some embodiments, irradiation is performed until the material receives a dose of from about 0.1 Mrad to about 500 Mrad, from about 0.5 Mrad to about 200 Mrad, from about 1 Mrad to about 100 Mrad, or from about 5 Mrad to about 60 Mrad. In some embodiments, a relatively low radiation dose is used, for example, less than 60 Mrad.

Піроліз, окиснення і хімічна функціоналізаціяPyrolysis, oxidation and chemical functionalization

Функціоналізацію можна також здійснювати іншими способами, наприклад, піролізом і/або окисненням. Піроліз і окиснення біомаси детально описані в патентній заявці США Мо 12/417840, опис якої включено за допомогою посилання в даний документ. У деяких випадках можна використати аналогічні способи відносно субстратних матеріалів, описаних в даному документі.Functionalization can also be carried out in other ways, for example, pyrolysis and/or oxidation. Biomass pyrolysis and oxidation is described in detail in US Patent Application Mo. 12/417840, the disclosure of which is incorporated herein by reference. In some cases, similar methods can be used for the substrate materials described in this document.

Способи функціоналізації неорганічних матеріалів добре відомі в техніці. Приклади таких способів включають методики, описані в статтях 5оЇшШріє Саптоп Мапоїшбез (Розчинні вуглецеві нанотрубки), автори Тавів і інш., Спет. Еиг. ). (Хімічний європейський журнал), 2003 р., т. 9, с. 4000-4008, іMethods of functionalization of inorganic materials are well known in the art. Examples of such methods include the methods described in the articles 5oYishSrie Saptop Mapoishbez (Soluble carbon nanotubes), authors Taviv et al., Spet. Eig. ). (Chemical European Journal), 2003, v. 9, p. 4000-4008, i

Епітарріпд Еплуте іп а Еипсійопаїйлей Мапорогоих Бирроїії (Впровадження ферменту в функціоналізовану нанопористу підкладку), У. Ат. Спет. бос. (Журнал Американського хімічного суспільства), 2002 р., т. 124, с. 11242-11243, тексти яких включені за допомогою посилання в даний документ.Epitarripd Eplute ip a Eipsiopaiilei Maporogoih Birroiii (Introduction of an enzyme into a functionalized nanoporous substrate), U. At. Spent boss. (Journal of the American Chemical Society), 2002, v. 124, p. 11242-11243, the texts of which are incorporated by reference into this document.

Ультразвукова обробкаUltrasonic processing

У деяких випадках матеріал можна також піддавати ультразвуковій обробці, наприклад, щоб збільшити пористість, наприклад, використовуючи системи ультразвукової обробки, описані в патентній заявці США Мо 12/417840, включеній в даний документ за допомогою приведеного вище посилання.In some cases, the material can also be subjected to ultrasonic treatment, for example, to increase porosity, for example, using the ultrasonic treatment systems described in US patent application Mo 12/417840, incorporated herein by reference above.

Інші процесиOther processes

Функціоналізацію можна здійснювати, використовуючи інші способи, наприклад, хімічну функціоналізацію. У деяких випадках можна використати, наприклад, хімічні реакції типу реакціїFunctionalization can be carried out using other methods, for example, chemical functionalization. In some cases, you can use, for example, chemical reactions of the reaction type

Фентона (Репіоп), як описано, наприклад, в патентній заявці США Ме 61/147377, повний текст якої включений в даний документ за допомогою посилання.Fenton (Repiop), as described, for example, in US patent application Me 61/147377, the full text of which is incorporated herein by reference.

Біопроцеси з використанням субстратних матеріалівBioprocesses using substrate materials

ОцукрюванняSugaring

Субстратні матеріали, описані в даному документі, можна використати для прискорення реакції оцукрювання. При оцукрюванні целюлозу у вихідному матеріалі, наприклад, матеріалі біомаси, гідролізують з отриманням низькомолекулярних вуглеводів, в тому числі цукрів, під дією оцукрювального агента, наприклад, ферменту. Матеріали, які включають целюлозу, обробляють ферментом, наприклад, поєднанням матеріалу і ферменту в рідкому середовищі, наприклад, у водному розчині.The substrate materials described herein can be used to accelerate the saccharification reaction. During saccharification, cellulose in the source material, for example, biomass material, is hydrolyzed to obtain low molecular weight carbohydrates, including sugars, under the action of a saccharifying agent, for example, an enzyme. Materials that include cellulose are treated with an enzyme, for example, a combination of material and enzyme in a liquid medium, for example, in an aqueous solution.

Цю реакцію можна прискорювати іммобілізацією ферменту або іншого оцукрювального агента на субстратному матеріалі, описаному в даному документі.This reaction can be accelerated by immobilizing an enzyme or other saccharifying agent on the substrate material described herein.

Ферменти і знищуючі біомасу організми, які розкладають біомасу, включаючи в тому числі целюлозні і/або лігнінові компоненти біомаси, містять або виробляють різні целюлітичні ферменти (целюлази), лігнінази або різні низькомолекулярні знищуючі біомасу метаболіти. Ці ферменти можуть являти собою комплекс ферментів, які надають синергетичну дію, розкладаючи кристалічні целюлозні або лігнінові компоненти біомаси. Приклади целюлітичних ферментів включають: ендоглюканази, целобіогідролази і целобіази (ВД-глюкозидази). У процесі оцукрювання целюлозний субстрат спочатку гідролізується у випадкових положеннях, утворюючи олігомерні проміжні продукти. Ці проміжні продукти стають потім субстратами для розщеплюючих екзоглюканаз, включаючи целобіогідралазу, які утворюють целобіозу з кінцевих ланок целюлозного полімеру. Целобіоза являє собою водорозчинний 1,4-зв'язаний димер глюкози. Нарешті, целобіаза розщеплює целобіозу з утворенням глюкози.Enzymes and biomass-destroying organisms that decompose biomass, including cellulose and/or lignin components of biomass, contain or produce various cellulolytic enzymes (cellulases), ligninases or various low-molecular biomass-destroying metabolites. These enzymes can be a complex of enzymes that have a synergistic effect, decomposing crystalline cellulose or lignin components of biomass. Examples of cellulolytic enzymes include: endoglucanases, cellobiohydrolases, and cellobiases (VD-glucosidases). In the saccharification process, the cellulosic substrate is first hydrolyzed in random positions, forming oligomeric intermediates. These intermediates then become substrates for cleaving exoglucanases, including cellobiohydralase, which form cellobiose from the end links of the cellulose polymer. Cellobiose is a water-soluble 1,4-linked dimer of glucose. Finally, cellobiase breaks down cellobiose to form glucose.

Целюлаза здатна розкладати біомасу і може бути грибкового або бактеріального походження.Cellulase is capable of breaking down biomass and can be of fungal or bacterial origin.

Прийнятні ферменти включають целюлази родів Васіїй5, Роендотопав5, Нитісоїа, Ризагійт, ТПівїЇаміа,Acceptable enzymes include cellulases of the genera Vasilii5, Rhoendotopav5, Nitisoia, Rizagiit, Tpiviiiamia,

Астетопішт, Спгузозрогішт і Тісподепта і включають види Нитісоїа, Соргіпив, ТНієЇаміа, Ризагійт,Astetopisht, Spguzozorogisht and Tispodepta and include species of Nitisoia, Sorgipiv, TniieYamia, Rizagiit,

Мусеїорпійога, Астетопішт, СерпнаІозрогіит, Зсуїаійаійт, РепісйПит або АзрегойиШв5 (див., наприклад, європейський патент Мо 458162), зокрема, отримані вибором штамів з видів Нитісоїа іпзоЇєп5 (перекласифікований як бсуїаійдійт (тепторнпіїшт, див., наприклад, патент США Мо 4435307), Соргіпив сіпетеи5, Гизайит охузрогит, МусеїЇїйорптога (Шепторніїа, Мепіріш5 дідапівив, ПГНівїаміа (егевігів5, видівMuseiorpiyoga, Astetopisht, SerpnaIozrogiit, Zsuiiaiiit, RepisiPit or AzregoiiShv5 (see, for example, European patent Mo 458162), in particular, obtained by selection of strains from the species Nitisoia ipzoJep5 (reclassified as bsuiaiidite (tepthornpiisht, see, for example, US patent Mo 4435307), Sorgipiv sipetei5, Hyzayit ohuzrogyt, MuseiYiiorptoga (Sheptorniia, Mepirish5 didapiviv, PGNiviamia (egegiviv5, species

Астетопішт, включаючи Астетопішт регвісіпит, Астетопійт астетопіит, Асгтетопішт Бргаспурепійт,Astetopisht, including Astetopisht reguisipit, Astetopisht astetopiit, Asgtetopisht Brgaspurepiit,

Асгтетопішт аісптотоврогит, Астетопішт обБсіамайшт, Асгтетопішт ріпКепопіає, Астетопійт гозеодгізецт, Астетопійт іпсоЇогайт і Астетопійт гигайт; переважно з видів Нитісоїа іпвоїеп5 О5М 1800, Ривайит охузрогит О5М 2672, Мусеїїорпїйпога Шепторпйа СВ5 117.65, вид СерпаіозрогійтAsgtetopisht aisptotovrogyt, Astetopisht obBsiamaisht, Asgtetopisht ripKepopiae, Astetopiit gozeodgizets, Astetopiit ipsoYogait and Astetopiit hygait; mainly from the species Nitisoia ipvoiep5 О5М 1800, Ryvayit ohuzrogyt О5M 2672, Museiorpiypoga Sheptorpya SV5 117.65, species Serpaiozrogyt

ВУМ-202, вид Астетопішт СВ5 478.94, вигляд Астетопішт СВ5 265.95, Астетопішт регвзісіпит СВО 169.65, Астетопійт асгетопішт АНИ 9519, вид СерпаІозрогішт СВ5 535.71, Астетопішт БгаспурепійтVUM-202, species Astetopisht SV5 478.94, species Astetopisht SV5 265.95, Astetopisht regvzisipit SVO 169.65, Astetopisht asgetopisht ANA 9519, species SerpaIozrogisht SV5 535.71, Astetopisht Bgaspurepiyt

Св 866.73, Асгетопішт аіспготозрогит СВБ 683.73, Асгетопішт обсіахайшт СВ5 311.74,Sv 866.73, Asgetopisht aispgotozrogyt SVB 683.73, Asgetopisht obsiakhaisht SV5 311.74,

Астетопішт ріпкепопіае СВ5 157.70, Астетопішт гозеодгізенит СВО 134.56, Астетопіит іпсоїогайштAstetopisht ripkepopiae SV5 157.70, Astetopisht gozeodgiezenit SVO 134.56, Astetopiyt ipsoiogaisht

Св5 146.62 і Астетопішт їгайшт СВ 299.70Н. Целюлітичні ферменти можна також отримувати зSv5 146.62 and Astetopisht ygaisht SV 299.70N. Cellulite enzymes can also be obtained from

Спгузовзрогішт, переважно штаму СпНгузозрогцт ІсКпоумуепвзе. Крім того, можна використатиSpguzovzrogisht, mainly strain SpNguzozrogct IsKpoumuepvze. In addition, you can use

Тісподепта (зокрема, Гиісподегта мігіде, Тісподепта геезеї і Тісподегта Копіпдії), алкалофільні бацили (див., наприклад, патент США Мо 3844890 і європейський патент Мо 458162) і Бігеріотусев5 (див., наприклад, європейський патент Мо 458162).Tispodepta (in particular Hyispodegta migidee, Tispodegta geezei and Tispodegta Copypdia), alkalophilic bacilli (see, for example, US Patent Mo 3844890 and European Patent Mo 458162) and Bigeriotusev5 (see, for example, European Patent Mo 458162).

Прийнятні целобіази включають целобіазу з Аврегоуйив5 піде, що продається під торговим найменуванням МОМО2УМЕ 188 "М,Acceptable cellobiases include cellobiase from Avregouiv5, sold under the trade name MOMO2UME 188 "M,

Можна використати комплексні ферменти, в тому числі ті, які постачає фірма Сепепсог під торговим найменуванням АССЕЇГЕВАБЕФ, наприклад, комплексний фермент АссеЇПегазеФ 1500.You can use complex enzymes, including those supplied by the Sepepsog company under the trade name ASSEIGEVABEF, for example, the complex enzyme AssayPegazeF 1500.

Комплексний фермент АссеїПегазефФ 1500 має багатофункціональну ферментативну активність, діючи, головним чином, як екзоглюканаза, ендоглюканаза (2200-2800 одиниць СМС/г), гемі-днелюлаза і р- глюкозидаза (525-775 одиниць рМРО/г), і має значення рН від 4,6 до 5,0. Активність комплексного ферменту як ендоглюканази виражена в одиницях активності відносно карбоксиметилцелюлози (одиниці СМС), в той час як його активність як Д-глюкозидази виражена в одиницях активності відносно пара-нітрофеніл-пара-О-глюкопіранозиду (одиниці рМРО). У одному варіанті здійснення використовують суміш комплексного ферменту АссеїЇПегазеф 1500 і целобіази МОМО2УМЕ "М 188.The complex enzyme AssayPegazefF 1500 has multifunctional enzymatic activity, acting mainly as exoglucanase, endoglucanase (2200-2800 units of CMS/g), hemi-dnelulase and p-glucosidase (525-775 units of pMPO/g), and has a pH value of 4.6 to 5.0. The activity of the complex enzyme as an endoglucanase is expressed in units of activity relative to carboxymethylcellulose (CMS units), while its activity as a D-glucosidase is expressed in units of activity relative to para-nitrophenyl-para-O-glucopyranoside (pMPO units). In one embodiment, a mixture of the complex enzyme AsseyIPegazef 1500 and cellobiase MOMO2UME "M 188" is used.

Процес оцукрювання можна частково або повністю здійснювати в резервуарі (наприклад, в резервуарі, що має об'єм, який становить щонайменше 4000, 40000 або 400000 л), на виробничому підприємстві, ілиабо можна частково або повністю здійснювати в процесі перевезення, наприклад, в залізничній цистерні, автомобільній цистерні або в резервуарі великої ємності або трюмі судна. Час, необхідний для повного оцукрювання, буде залежати від умов процесу і використовуваного вихідного матеріалу і ферменту. Якщо оцукрювання здійснюють на виробничому підприємстві в контрольованих умовах целюлозу можна практично повністю перетворити в глюкозу протягом приблизно 12-96 годин.The saccharification process can be partially or fully carried out in a tank (for example, a tank having a volume of at least 4000, 40000 or 400000 L) in a production plant, or can be partially or fully carried out in a transportation process, for example in a railway tank, road tank or in a bulk tank or ship's hold. The time required for complete saccharification will depend on the process conditions and the source material and enzyme used. If saccharification is carried out at a production facility under controlled conditions, cellulose can be almost completely converted into glucose within approximately 12-96 hours.

Якщо оцукрювання здійснюють частково або повністю в процесі перевезення, оцукрювання може займати більш тривалий час. Додавання поверхнево-активних речовин може підвищувати швидкість оцукрювання. Приклади поверхнево-активних речовин включають неїіонні поверхнево-активні речовини, в тому числі поверхнево-активні речовини на основі поліетиленгліколю ГиеепФ 20 абоIf sugaring is carried out partially or completely during transportation, sugaring may take longer. Addition of surfactants can increase the rate of saccharification. Examples of surfactants include nonionic surfactants, including surfactants based on polyethylene glycol HyeepF 20 or

ТмжеепФф 80, іонні поверхнево-активні речовини або амфотерні поверхнево-активні речовини.TmzheepFf 80, ionic surfactants or amphoteric surfactants.

Як правило, переважно, щоб концентрація отриманого розчину глюкози була відносно високою, наприклад, більшою ніж 40 мас. 956, або більшою ніж 50, 60, 70, 80, 90 або навіть більшою ніж 95 мас. 95. Це зменшує об'єм, що перевозиться, і також інгібує ріст мікробів в розчині. Однак можна використати і менш високі концентрації, і в такому випадку може виявитися переважним введення антимікробної добавки, наприклад, антибіотика широкої дії, в низькій концентрації, наприклад, від 50 до 150 м. ч. Інші прийнятні антибіотики включають амфотерицин В, ампіцилін, хлорамфенікол (левоміцетин), ципрофлоксацин, гентаміцин, гігроміцин В, канаміцин, неомяцин, пеніцилін, пуроміцин, стрептоміцин. Антибіотики будуть інгібувати ріст мікроорганізмів під час транспортування і зберігання, і їх можна використати у відповідних концентраціях, що складають, наприклад, від 15 до 1000 мас. м. ч., наприклад, від 25 до 500 м. ч. або від 50 до 150 м. ч. За необхідності антибіотик можна додавати, навіть якщо концентрація цукру відносно висока.As a rule, it is preferable that the concentration of the resulting glucose solution is relatively high, for example, more than 40 wt. 956, or more than 50, 60, 70, 80, 90 or even more than 95 wt. 95. This reduces the volume transported and also inhibits the growth of microbes in the solution. However, lower concentrations can be used, in which case it may be preferable to administer an antimicrobial supplement, such as a broad-spectrum antibiotic, at a low concentration, such as 50 to 150 ppm. Other acceptable antibiotics include amphotericin B, ampicillin, chloramphenicol ( chloramphenicol), ciprofloxacin, gentamicin, hygromycin B, kanamycin, neomycin, penicillin, puromycin, streptomycin. Antibiotics will inhibit the growth of microorganisms during transportation and storage, and they can be used in appropriate concentrations, which are, for example, from 15 to 1000 wt. m.h., for example, from 25 to 500 m.h. or from 50 to 150 m.h. If necessary, the antibiotic can be added, even if the concentration of sugar is relatively high.

Розчин відносно високої концентрації можна отримати обмеженням кількості води, що додається у вихідний матеріал з ферментом. Концентрацію можна регулювати, наприклад, регулюючи ступінь, в якому здійснюється оцукрювання. Наприклад, концентрацію можна збільшувати додаванням в розчин більшої кількості вихідного матеріалу. Щоб утримувати в розчині цукри, що утворюються, можна додавати поверхнево-активну речовину, наприклад, одну з тих, які обговорюються вище. Розчинність можна також підвищувати збільшенням температури розчину. Наприклад, розчин можна витримувати при температурі, що становить 40-50 "С, 60-80 "С або навіть вище.A relatively high concentration solution can be obtained by limiting the amount of water added to the enzyme feedstock. The concentration can be adjusted, for example, by adjusting the degree to which saccharification is carried out. For example, the concentration can be increased by adding more starting material to the solution. A surfactant, such as one of those discussed above, can be added to keep the resulting sugars in solution. Solubility can also be increased by increasing the temperature of the solution. For example, the solution can be kept at a temperature of 40-50 "C, 60-80 "C or even higher.

ФерментаціяFermentation

Мікроорганізми можуть проводити ряд корисних проміжних і кінцевих продуктів, в тому числі ті, які описані в даному документі, ферментацією низькомолекулярного цукру в присутності функціоналізованого матеріалу біомаси. Наприклад, в ході ферментації або інших біопроцесів можна отримувати спирти, органічні кислоти, вуглеводні, водень, білки або суміші будь-яких даних матеріалів.Microorganisms can produce a number of useful intermediates and end products, including those described herein, by fermentation of low molecular weight sugars in the presence of functionalized biomass material. For example, during fermentation or other bioprocesses, alcohols, organic acids, hydrocarbons, hydrogen, proteins or mixtures of any given materials can be obtained.

Мікроорганізм може являти собою природний мікроорганізм або генетично модифікований мікроорганізм. Наприклад, мікроорганізм може являти собою бактерію, наприклад, целюлітичну бактерію, грибок, наприклад, дріжджі, рослину або протист, наприклад, водорість, найпростіше або грибоподібний протист, наприклад, слизовик (міксоміцет). Коли організми є сумісними, можна використати суміші організмів.A microorganism can be a natural microorganism or a genetically modified microorganism. For example, the microorganism can be a bacterium, for example, a cellulitis bacterium, a fungus, for example, a yeast, a plant, or a protist, for example, an alga, a protozoa, or a fungus-like protist, for example, a slime (myxomycete). When organisms are compatible, mixtures of organisms can be used.

Прийнятні для ферментації мікроорганізми мають здатність конвертувати вуглеводи, в тому числі глюкозу, ксилозу, арабінозу, манозу, галактозу, олігосахариди або полісахариди, в продукти ферментації. Ферментувати мікроорганізми включають штами роду бЗасспаготусез (цукрові грибки), наприклад, види басспаготусеб5 сегемівіає (пекарські дріжджі), басспаготусев аївіаїйсив,Microorganisms suitable for fermentation have the ability to convert carbohydrates, including glucose, xylose, arabinose, mannose, galactose, oligosaccharides or polysaccharides, into fermentation products. Fermenting microorganisms include strains of the genus bZasspagotusez (sugar fungi), for example, species of basspagotuseb5 segemiviaye (baker's yeast), basspagotusev aiviaiiysiv,

Засспаготусев имагит; рід Кінуухеготусев, наприклад, види Кіпухеготусев таїгїхіапи5, Кіпухеготусев їгадіїв; рід Сапаїда (кандида), наприклад, Сапаїда рзейдоїгорісаїіх, Сапаїда Бгаззісає, Рісніа вііріїі5 (родич Сапаїйда 5Непаїає), рід Сіамігрога, наприклад, види Сіамізрога Ішзійапіає і Сіамігрога орипійає, рідZasspagotusev imagit; genus Kinuuhegotusev, for example, species Kipuhegotusev taigihiapi5, Kipuhegotusev igadiiv; genus Sapaida (Candida), e.g. Sapaida rzeidoihorisaiih, Sapaida Bgazzisae, Risnia viiriii5 (relative of Sapaeida 5Nepaiae), genus Siamigroga, e.g. species Siamizroga Isshiiapiae and Siamigroga oripiae, genus

Распузоїєп, наприклад, види Распузоїєп їаппорпій5, рід Вгеїаппотусе5, наприклад, видиRaspuzoiep, e.g. species

Вгеїтаппотусев сіайзепії (РПйїррідіє С. Р., розділ СеїІшШіозе Віосопмегзіоп Тесппоіїоду (Технологія біоконверсії целюлози) в книзі НапабооК оп Віоєїйапо!: Ргодисіоп апа (ігайоп (Довідник по біоетанолу: виробництво і застосування), під ред. МУутап С. Е., видавництво Тауог 4 Егапсів,Vgeitappotusev siaizepii (RPyirridie S. R., chapter SeiIshShiose Viosopmegsiop Tesppoiiodu (Technology of cellulose bioconversion) in the book NapabooK op Vioeiiapo!: Rgodisiop apa (igayop (Handbook on bioethanol: production and application), edited by MUutap S. E., Tauog publishing house 4 Egaps,

Вашингтон, округ Колумбія, 1996 р., с. 179-212).Washington, DC, 1996, p. 179-212).

Дріжджі, що є в продажу, включають, наприклад, Ней сїаго/ езайте ЕІНапо! Вед, постачальник Ней еаг/І езайге (США); ЕАГІФ, постачальник БРіІеізсптапп'в Уєаві, відділення фірми Вигп5 Рпїїр Роса Іпс. (США); БОРЕКЗТАКТФ), постачальник АЇШесиі, в даний час І аїетапа; СЕКТ ЗТКАМОФЄ), постачальникCommercially available yeasts include, for example, Nei Siago/ ezaite EINapo! Ved, supplier of Nei eag/I ezaige (USA); EAGIF, supplier of BRIIeizsptapp'v Ueavi, branch of the firm Vygp5 Rpiir Rosa Ips. (USA); BOREKZTAKTF), a supplier of AIShesii, currently in the 1st stage; SECT ZTKAMOFYE), supplier

Сеп 5ігапа АВ (Швеція); і РЕЕМОЇ Ф, постачальник О5М 5ресіацієв.Sep 5igapa AV (Sweden); and REEMOI F, supplier of O5M 5resiatsiiev.

У ферментації можна також використати бактерії, наприклад, 7утотопа5 торбіїв і СіовійайтIn fermentation, you can also use bacteria, for example, 7utotope5 torbia and Sioviaite

Тептосеїїшт (РНпірріадіх5, 1996 р., див. вище).Teptoseiisht (RNpirriadih5, 1996, see above).

Оптимальне значення рН для дріжджів складає приблизно від 4 до 5, в той час як оптимальне значення рН для бактерій 7утотопа5 складає приблизно від 5 до 6. Типові терміни ферментації складають приблизно від 24 до 96 годин при температурі в інтервалі від 26 "С до 40 "С, однак термофільні мікроорганізми віддають перевагу вищим температурам.The optimum pH for yeast is about 4 to 5, while the optimum pH for bacteria is about 5 to 6. Typical fermentation times are about 24 to 96 hours at temperatures between 26°C and 40°C. C, however, thermophilic microorganisms prefer higher temperatures.

У деяких варіантах здійснення процес ферментації можна переривати повністю або частково, перш ніж низькомолекулярний цукор буде повністю конвертований в етанол. Проміжні продукти ферментації включають висококонцентровані цукри і вуглеводи. Ці проміжні продукти ферментації можна використати в приготуванні їжі для людини або тварин. Додатково або як альтернатива, проміжні продукти ферментації можна молоти, отримуючи дрібнодисперсні частинки, використовуючи лабораторний млин з неіржавіючої сталі і отримуючи схожий на борошно матеріал.In some embodiments, the fermentation process can be interrupted in whole or in part before the low molecular weight sugar is completely converted to ethanol. Fermentation intermediates include highly concentrated sugars and carbohydrates. These fermentation intermediates can be used in the preparation of food for humans or animals. Additionally or alternatively, the fermentation intermediates can be ground into fine particles using a stainless steel laboratory mill to produce a flour-like material.

Можна використати мобільні ферментери, які описані у тимчасовій патентній заявці США Мо 60/832735 і в опублікованій в даний час міжнародній патентній заявці Мо М/О 2008/011598.It is possible to use mobile fermenters, which are described in US provisional patent application Mo 60/832735 and in the currently published international patent application Mo M/O 2008/011598.

Подальша обробкаFurther processing

ДистиляціяDistillation

Після ферментації отримані текучі середовища можна дистилювати, використовуючи, наприклад, "бражну колону", щоб відділити етанол і інші спирти від води, що складає основну масу, і залишкової твердої фази. Пара, що виходить з колони, може містити, наприклад, 35 мас. 96 етанолу і може надходити в ректифікаційну колону. Майже азеотропну суміш (92,5 95) етанолу і води з ректифікаційної колони можна очищати і отримувати чистий (99,5 95) етанол, використовуючи парофазні молекулярні сита. Донні осади з бражної колони можна спрямовувати на першу стадію тристадійного випарника. Дефлегматор ректифікаційної колони може забезпечувати тепло для цієї першої стадії. Після першої стадії тверду фазу можна відділяти за допомогою центрифуги і сушити в роторній сушарці. Частину текучого середовища (25 95), що виходить з центрифуги, можна повертати на ферментацію, а залишок спрямовувати на другу і третю стадію випарника. Велику частину конденсату з випарника можна повертати в процес у вигляді досить чистого конденсату, а невелику частину відділяти для обробки стічної води, щоб запобігти утворенню низькокиплячих сполук.After fermentation, the resulting fluids can be distilled, using, for example, a "mash column" to separate the ethanol and other alcohols from the bulk water and the residual solid phase. The steam leaving the column may contain, for example, 35 wt. 96 ethanol and can enter the rectification column. An almost azeotropic mixture (92.5 95) of ethanol and water from the distillation column can be purified and pure (99.5 95) ethanol can be obtained using vapor phase molecular sieves. Bottom sediments from the fermentation column can be sent to the first stage of the three-stage evaporator. The reflux column can provide the heat for this first stage. After the first stage, the solid phase can be separated using a centrifuge and dried in a rotary dryer. Part of the liquid medium (25 95) leaving the centrifuge can be returned to fermentation, and the rest can be sent to the second and third stages of the evaporator. A large part of the condensate from the evaporator can be returned to the process as a fairly clean condensate, and a small part can be separated for wastewater treatment to prevent the formation of low-boiling compounds.

Проміжні і кінцеві продуктиIntermediate and final products

Способи, описані в даному документі, можна використати для виробництва одного або більше проміжних або кінцевих продуктів, включаючи енергію, паливо, харчові продукти і матеріали.The methods described herein can be used to produce one or more intermediate or final products, including energy, fuel, food and materials.

Конкретні приклади продуктів включають, але не обмежуються цим, водень, спирти (наприклад, одноатомні спирти або двоатомні спирти, в тому числі етанол, н-пропанол або н-бутанол), гідратовані або водні спирти, наприклад, що містять більше ніж 10 95, 20 У», 30 95 або навіть більше ніж 40 95 води, ксиліт, цукри, біодизельне паливо, органічні кислоти (наприклад, оцтова кислота і/або молочна кислота), вуглеводні, супутні продукти (наприклад, білки, в тому числі целюлітичні білки (ферменти) або генетично однорідні білки) і суміші будь-яких даних продуктів в будь-яких поєднаннях або відносних концентраціях, і необов'язково в поєднанні з будь-якими добавками, включаючи, наприклад, паливні добавки. Інші приклади включають карбонові кислоти, в тому числі оцтову кислоту або масляну кислоту, солі карбонових кислот, суміші карбонових кислот і солей карбонових кислот, складні ефіри карбонових кислот (наприклад, метилові, етилові і н-пропілові складні ефіри), кетон (наприклад, ацетон), альдегіди (наприклад, ацетальдегід), с«,В-ненасичені кислоти, в тому числі акрилову кислоту, і олефіни, в тому числі етилен. Інші спирти і похідні спиртів включають пропанол, пропіленгліколь, 1,4-бутандіол, 1,3-пропандіол, метилові або етилові прості ефіри даних спиртів. Інші продукти включають метилакрилат, метилметакрилат, молочну кислоту, пропіонову кислоту, масляну кислоту, бурштинову кислоту, З-гідроксипропіонову кислоту, солі будь-яких даних кислот і суміші будь- яких кислот і відповідних солей.Specific examples of products include, but are not limited to, hydrogen, alcohols (e.g., monohydric alcohols or dihydric alcohols, including ethanol, n-propanol, or n-butanol), hydrated or aqueous alcohols, e.g., containing more than 10 95 20 U", 30 95 or even more than 40 95 water, xylitol, sugars, biodiesel fuel, organic acids (e.g. acetic acid and/or lactic acid), carbohydrates, by-products (e.g. proteins, including cellulitic proteins ( enzymes) or genetically homogeneous proteins) and mixtures of any given products in any combinations or relative concentrations, and optionally in combination with any additives, including, for example, fuel additives. Other examples include carboxylic acids, including acetic acid or butyric acid, salts of carboxylic acids, mixtures of carboxylic acids and salts of carboxylic acids, esters of carboxylic acids (e.g., methyl, ethyl, and n-propyl esters), ketones (e.g., acetone ), aldehydes (for example, acetaldehyde), c,B-unsaturated acids, including acrylic acid, and olefins, including ethylene. Other alcohols and alcohol derivatives include propanol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,3-propanediol, methyl or ethyl ethers of these alcohols. Other products include methyl acrylate, methyl methacrylate, lactic acid, propionic acid, butyric acid, succinic acid, 3-hydroxypropionic acid, salts of any given acid, and mixtures of any acid and the corresponding salts.

Інші проміжні і кінцеві продукти, включаючи продукти харчування і фармацевтичні вироби описані, в патентній заявці США Мо 12/417900, повний опис якої включений за допомогою посилання в даний документ.Other intermediate and final products, including food and pharmaceutical products, are described in US patent application Ser. No. 12/417,900, the full disclosure of which is incorporated herein by reference.

Інші варіанти здійсненняOther implementation options

Описаний ряд варіантів здійснення даного винаходу. Проте буде зрозуміло, що можна виробити різні модифікації без відхилення від суті і виходу за межі об'єму даного винаходу.A number of variants of implementation of this invention are described. However, it will be understood that various modifications can be made without departing from the essence and scope of this invention.

Наприклад, волокна можуть бути присутніми в будь-якій необхідній формі і можуть мати ряд різноманітних морфологій. Як правило, переважно, щоб целюлозні матеріали мали високу питому поверхню. У деяких випадках волокна можна впроваджувати в одношарові або багатошарові листи; наприклад, волокна можуть являти собою частину високоефективного сухого повітряного пилового фільтра (НЕРА) або подібних виробів. Листовий матеріал може мати питому поверхню, що складає, наприклад, приблизно від 1 до 500 ме/м. Волокнистий матеріал може бути накладним, наприклад, отриманим аеродинамічним способом з розплаву, складчастим, у вигляді сітки або решітки, або виготовленим в іншій геометрії. Волокна можуть бути екструдованими або спільно екструдованими.For example, fibers can be present in any desired form and can have a number of different morphologies. As a rule, it is preferable for cellulosic materials to have a high specific surface area. In some cases, fibers can be introduced into single-layer or multi-layer sheets; for example, the fibers may be part of a high efficiency dry air dust filter (HEPA) or similar products. The sheet material may have a specific surface area of, for example, approximately 1 to 500 me/m. The fibrous material can be applied, for example, obtained by an aerodynamic method from a melt, pleated, in the form of a grid or lattice, or made in a different geometry. Fibers can be extruded or co-extruded.

Волокна можуть мати будь-який необхідний розмір частинок, від нанорозміру, що складає, наприклад, менше ніж приблизно 1000 нм, наприклад, менше ніж 500 нм, 250 нм, 100 нм, 50 нм, 25 нм або навіть менше ніж 1 нм, до крупніших частинок, розмір яких складає, наприклад, більше ніж 100 мкм, 200 мкм, 500 мкм або навіть 1000 мкм, або агломератів частинок.The fibers can have any desired particle size, from nano-sized, for example, less than about 1000 nm, for example, less than 500 nm, 250 nm, 100 nm, 50 nm, 25 nm, or even less than 1 nm, to larger particles, the size of which is, for example, more than 100 μm, 200 μm, 500 μm or even 1000 μm, or agglomerates of particles.

Волокна або волокнистий матеріал, що містить волокна, можна попередньо обробляти мікроорганізмом і/або ферментом, і/або волокна або волокнистий матеріал можна приводити в контакт з мікроорганізмом і/або ферментом в ході біопроцесу, включаючи оцукрювання або ферментацію.Fibers or fibrous material containing fibers can be pretreated with a microorganism and/or enzyme, and/or fibers or fibrous material can be brought into contact with a microorganism and/or enzyme during a bioprocess, including saccharification or fermentation.

Хоча неорганічні і синтетичні субстратні матеріали обговорювалися в даному документі, дані матеріали можна використати в поєднанні з іншими субстратними матеріалами, наприклад, субстратами біомаси, описаними у тимчасовій патентній заявці США Мо 61/252293, поданій 16 жовтня 2009 р., повний опис якої включений в даний документ за допомогою посилання.Although inorganic and synthetic substrate materials are discussed herein, these materials can be used in combination with other substrate materials, such as biomass substrates described in US Provisional Patent Application Mo. 61/252293, filed Oct. 16, 2009, the full disclosure of which is included in this document by reference.

Як обговорювалося вище, ферменти можна імобілізувати на волокнах замість мікроорганізмів або разом з ними.As discussed above, enzymes can be immobilized on fibers instead of or together with microorganisms.

Відповідно, інші варіанти здійснення знаходяться в межах наступної формули винаходу.Accordingly, other implementation options are within the scope of the following claims.

ямpit

Дек тич тя чткчятюя фу ійжх сені ЕВDek tych tya chtkchyatyuya fu izhkh seni EV

Н Мехум: ї ії оди ВІКУ ЗN. Mehum: poems of the 3rd century

Н МІЖ : ї Кілечмхму ких? ЖN BETWEEN: and Kilechmkhmu kih? J

М - мо ї пролича І:M - my first appearance I:

І УНК НН длнлянню тклача Н - Н Ко осуйотрих З «тнх 4 По а Н і Е Н Не З ша у нка дннахяляннняй йI UNK NN dlnlyannu tklacha N - N Ko osuyotrih Z «tnh 4 Po a N i E N Ne Z sha u nka dnnakhyalyannnyi y

С х і. пляж жучиккцккжяжькк т шк жк жів кожен |! і | посS x i. beach zhuchikkkkzhyazhkk t shk zhk everyone lived |! and | village

Н ще г. лN even g. l

Н я ен ен х лювання Я ехих, 7 ; пн п з М:N ya en en h livation Ya ekhih, 7 ; Mon Fri with M:

Н Н ія Е Е жі ше Н ва ян і ення НН Ї ще со сет щеN N ia E E zhi she N va yan i nen NN Y still sa net still

Змія: Її І ня ще ще їїSnake: Her And her still her

Ї Бозчни ї З К; Е КY Bozchny and Z K; E K

З фран і З : і ЩІ ШЕ ж і І ! ся ву з і | ЩЕZ fran and Z: and SCHI SHE and I! sia vu with and | MORE

З єуУумНекн. і Е Н Н : : ще ПАНИ : і ферУшитанія | Я зі дрфжажно і і рі коки і М ріFrom EUUumNekn. and E N N : : more PANI : and ferUshitania | I am with drfzhazno and i ri koki and M ri

Н ї І її: ; ї і і у йHer and her: ; i i i i i

І Н і Ка ї о ІЗ її:And N and Ka y o IZ her:

Н ям, і Н ДН рн-ях к. щ- ше пи: г тех, щі УДК клини :N yam, and N DN rn-yah k. sh-she pi: g teh, shche UDC wedges:

Дня, С й ї ї «их вона Кая :Day, Day, Day, Day:

Е і роз яян тюки жжу жююєюх яAnd I'm burning bales of roz yayan

Е З ї 5 хх как АХ кл я ля мя жи тяж о НН М фо ми холE Z i 5 xx kak AH kl ya la mja zhi tjazh o NN M fo we hol

ДетКУЮХОї фен ши пеню, З УА і Н рення І З іск ет тісю ІН ! я ; ! шк о В» і це щоDetKUYUHOi fan shi penu, Z UA and N rennya I Z et tisyu IN! I ; ! shk about B" and that's what

С Н Н дк т з де, дллянії фея : ддекжжжиS N N dk t z de, dllyanii feya : ddekzhzhzhi

Ши й я ЗА. Езай з | р : шк 1 і сину Н не і блчняк Х Н денний Я Ш ще ї ре шо еВ турожевюя Коня Я і В Н йShi and I are FOR. Ezai with | p: shk 1 and son N not and blhnyak H N day I S still eat re sho eV tourozevyuya Konya I and V N y

ЙО флюння З і рт т М : фрі Е І Ух пужюєтт уки : інно й РА -- ре і і рости дини нн хі ЩЕ од нивиYO flunnia Z i rt t M: fri E I Uh pujuyett uki: inno and RA -- re and grow dyny nn hi MORE fields

І опропуУкув : В Ко дат яму 0 Мен І. ення і нияAnd propuUkuv: In Ko dat pit 0 Men I. enia and nia

Кк їKk eat

К: їхK: them

ЗWITH

Ка що 1 х ше ш-- - я р инKa what 1 x she sh-- - I r yn

Осху Мч і я, к, х о йOshu Mch and I, k, h o y

Ї їHer

Н н и; х ванн Я / ї у ще М шо ї ! шк Теж в .чх, (ЯN n i; x baths I / y u still M sho y ! shk Also in .chh, (I

ХH

ЯI

Я с де жWhere am I from?

ФівThebes

Claims (18)

1. Спосіб ферментації, який включає: (а) функціоналізацію неорганічних волокон за допомогою впливу на волокна іонізуючим випромінюванням і гасіння опромінених волокон; 1 (5) контакт низькомолекулярного цукру з функціоналізованими неорганічними волокнами і ферментуючим мікроорганізмом, іммобілізованим на волокнах, в середовищі протягом періоду часу і в умовах, придатних для ферментації, для перетворення низькомолекулярного цукру в продукт ферментації, і при цьому ферментація виникає в результаті взаємодії між функціональними групами функціоналізованих волокон і функціональними групами мікроорганізму.1. Fermentation method, which includes: (a) functionalization of inorganic fibers by means of exposure to fibers by ionizing radiation and quenching of irradiated fibers; 1 (5) contact of the low molecular weight sugar with the functionalized inorganic fibers and the fermenting microorganism immobilized on the fibers in an environment for a period of time and under conditions suitable for fermentation to convert the low molecular weight sugar into a fermentation product, and the fermentation occurs as a result of the interaction between the functional groups of functionalized fibers and functional groups of the microorganism. 2. Спосіб за п. 1, в якому неорганічні волокна включають синтетичний матеріал.2. The method according to claim 1, in which the inorganic fibers include a synthetic material. 3. Спосіб за п. 1 або 2, в якому низькомолекулярний цукор перетворюють в спирт.3. The method according to claim 1 or 2, in which low molecular weight sugar is converted into alcohol. 4. Спосіб за п. 1, в якому мікроорганізм включає дріжджі.4. The method according to claim 1, in which the microorganism includes yeast. 5. Спосіб за п. 4, в якому дріжджі вибрані з групи, в яку входять 5асспаготусев сегеуівіає 1 Рісша 5ирінв.5. The method according to claim 4, in which the yeast is selected from the group that includes 5asspagotusev segeuiviaye 1 Rissha 5yrinv. 6. Спосіб за п. 1, в якому мікроорганізм включає бактерію.6. The method according to claim 1, in which the microorganism includes a bacterium. 7. Спосіб за п. 1, в якому бактерія включає Лутотопа5 тобі8.7. The method according to claim 1, in which the bacterium includes Lutotopa5 tobi8. 8. Спосіб за п. б, в якому низькомолекулярний цукор вибраний з групи, в яку входять сахароза, глюкоза, ксилоза і їх суміші.8. The method according to item b, in which the low molecular weight sugar is selected from the group consisting of sucrose, glucose, xylose and their mixtures. 9. Спосіб за п. 1, в якому опромінення здійснюють з використанням пучка частинок.9. The method according to claim 1, in which irradiation is carried out using a beam of particles. 10. Спосіб за п. 1, в якому у неорганічних волокон питома поверхня за методом ВЕТ складає більше ніж 100 м"/г.10. The method according to claim 1, in which inorganic fibers have a specific surface area according to the VET method of more than 100 m"/g. 11. Спосіб за п. 1, в якому неорганічні волокна включають матеріал, вибраний з групи, яку складають карбонат кальцію, арагонітова глина, орторомбічні глини, кальцитова глина, ромбоедрична глина, каолін, бентонітова глина, гідрофосфат кальцію, ортофосфат кальцію, пірофосфат кальцію, нерозчинний метафосфат натрію, ортофосфат магнію, тризаміщений фосфат магнію, гідроксіапатити, синтетичні апатити, оксид алюмінію, гідратований оксид алюмінію, ксерогель діоксиду кремнію, алюмосилікатні комплекси металів, алюмосилікат натрію, силікат цирконію, діоксид кремнію, графіт, воластоніт, слюда, скло, скловолокно, кремнезем, тальк, вуглецеві волокна, провідна сажа, керамічні волокна, тригідрат оксиду алюмінію, подрібнені будівельні відходи і їх суміші.11. The method according to claim 1, in which the inorganic fibers include a material selected from the group consisting of calcium carbonate, aragonite clay, orthorhombic clays, calcite clay, rhombohedral clay, kaolin, bentonite clay, calcium hydrogen phosphate, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, insoluble sodium metaphosphate, magnesium orthophosphate, trisubstituted magnesium phosphate, hydroxyapatites, synthetic apatites, aluminum oxide, hydrated aluminum oxide, silicon dioxide xerogel, aluminosilicate metal complexes, sodium aluminosilicate, zirconium silicate, silicon dioxide, graphite, wollastonite, mica, glass, glass fiber, silica , talc, carbon fibers, conductive carbon black, ceramic fibers, aluminum oxide trihydrate, crushed construction waste and their mixtures. 12. Спосіб за п. 1, в якому неорганічні волокна мають пористість, яка складає більше ніж 70 до.12. The method according to claim 1, in which the inorganic fibers have a porosity of more than 70 to. 13. Спосіб за п. 1, в якому неорганічні волокна мають пористість, що складає більше ніж 90 до.13. The method according to claim 1, in which the inorganic fibers have a porosity of more than 90 to. 14. Спосіб за п. 1, який додатково включає відновлення неорганічних волокон після конверсії і повторне використання неорганічних волокон у другому, подальшому процесі конверсії.14. The method according to claim 1, which additionally includes recovery of inorganic fibers after conversion and reuse of inorganic fibers in the second, subsequent conversion process. 15. Спосіб за п. І, в якому неорганічні волокна присутні у вигляді одношарового або багатошарового листа.15. The method according to item I, in which inorganic fibers are present in the form of a single-layer or multi-layer sheet. 16. Спосіб за п. 1, в якому неорганічні волокна присутні у вигляді волокнистого матеріалу, який накладений, складений або знаходиться у вигляді сітки або решітки.16. The method according to claim 1, in which the inorganic fibers are present in the form of a fibrous material that is superimposed, folded or is in the form of a grid or lattice. 17. Спосіб за п. І, в якому неорганічні волокна являють собою екструдовані або співекструдовані неорганічні волокна.17. The method according to item I, in which the inorganic fibers are extruded or co-extruded inorganic fibers. 18. Спосіб за п. І, в якому неорганічні волокна мають нанометровий середній розмір частинок.18. The method according to item I, in which the inorganic fibers have a nanometer average particle size.
UAA201115097A 2009-05-20 2010-05-18 Bioprocessing UA107575C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18001909P 2009-05-20 2009-05-20
PCT/US2010/035302 WO2010135356A1 (en) 2009-05-20 2010-05-18 Bioprocessing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA107575C2 true UA107575C2 (en) 2015-01-26

Family

ID=52989069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201115097A UA107575C2 (en) 2009-05-20 2010-05-18 Bioprocessing

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA107575C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA118210C2 (en) THE METHOD OF CALIPULATION OF THE CELLULOSE OR LIGNOCELLULOSE MATERIAL
EA027579B1 (en) Processing biomass
EA030926B1 (en) Saccharifying biomass
EA021190B1 (en) Method of converting a low molecular weight sugar to a product
UA107575C2 (en) Bioprocessing
AU2018204766B2 (en) Bioprocessing
AU2015202753B2 (en) Bioprocessing