JP2012512658A5 - - Google Patents
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Description
以上、本発明を要約すると下記のとおりである。
１．（ａ）リグニン、セルロースおよびヘミセルロースを含むリグノセルロースバイオマスを備えるステップ；
（ｂ）（ａ）のバイオマスを水、乾燥バイオマスの質量に対して約２％〜約２０％の量のアンモニア、および１つまたはそれ以上の求核剤を含む有機溶剤溶液に懸濁させ、それによりアルカリ条件下にバイオマス−溶剤懸濁液を形成させるステップ；
（ｃ）バイオマス−溶剤懸濁液を約１００〜２２０℃の温度に約５分間〜約５時間、加熱し、それによりリグニンを断片化させて、懸濁液に溶解させるステップ；ならびに
（ｄ）（ｃ）における懸濁液を加熱した後に自由液体を加圧下にろ過し、それにより溶解リグニンを除去し、高保持率のヘミセルロースを有する炭水化物富化バイオマスを生成させるステップ
を含む、高保持率のヘミセルロースを有する炭水化物富化バイオマスを生産する方法。
２．（ｅ）ステップ（ｄ）で生産されたバイオマスを溶剤溶液で洗浄するステップをさらに含む、上記１に記載の方法。
３．（ｆ）ステップ（ｅ）後に生産されたバイオマスを水で洗浄し、それにより容易に糖化可能な炭水化物富化バイオマスを生産させるステップをさらに含む、上記２に記載の方法。
４．ステップ（ｅ）で生産されたバイオマスを乾燥させ、それにより容易に糖化可能な炭水化物富化バイオマスを生産させるステップをさらに含む、上記２に記載の方法。
５．ステップ（ｅ）および（ｆ）を１回またはそれ以上反復するステップをさらに含む、上記２または３に記載の方法。
６．１つまたはそれ以上の求核剤が、ＮａＯＨ、１つまたはそれ以上のアルキルアミン、硫化物、水硫化物、多硫化物、ヒドロポリスルフィド、チオール試薬、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、上記１に記載の方法。
７．１つまたはそれ以上のアルキルアミンが、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ２−ＮＨ、Ｒ３Ｎ、（Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２）、（Ｈ２Ｎ−Ｒ（ＮＨ２）２）、（ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２）、（（ＨＯ）２−Ｒ−ＮＨ２）、（ＨＯ−Ｒ−（ＮＨ２）２）、（ＨＳ−Ｒ−ＮＨ２）、（（ＨＳ）２−Ｒ−ＮＨ２）、（ＨＳ−Ｒ−（ＮＨ２）２）および（Ｈ２Ｎ−Ｒ（ＯＨ）（ＳＨ）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、式中、Ｒは、独立して、一価、二価または三価の１〜６個の炭素を有する、直鎖、環式または分岐アルカン、アルケンまたはアルキンである、上記１に記載の方法。
８．Ｒが、独立して、メチル、エチル、プロピルまたはブチルである、上記７に記載の方法。
９．アルキルアミンがメチルアミンである、上記７に記載の方法。
１０．ステップ（ｂ）における溶剤溶液：バイオマスが、約１０：１〜０．５：１の質量比を有する、上記１に記載の方法。
１１．ステップ（ｃ）の加熱された懸濁液がステップ（ｄ）のろ過ステップの前に室温に冷却される、上記１に記載の方法。
１２．ステップ（ｅ）後の、ろ過されて洗浄されたバイオマスの溶剤を減圧下で蒸発させるステップをさらに含む、上記２に記載の方法。
１３．バイオマスを酵素集合体で糖化し、それにより発酵可能な糖類を生産させるステップをさらに含む、上記３、４または１２に記載の方法。
１４．ステップ（ｆ）における水での洗浄の後にバイオマスを酵素集合体と接触させることによりバイオマスを乾燥させることなく糖化し、それにより発酵可能な糖類を生産させるステップをさらに含む、上記３に記載の方法。
１５．糖類を発酵させて標的生産物を生産するステップをさらに含む、上記１３または１４に記載の方法。
１６．標的生産物が、エタノール、ブタノールまたは１，３−プロパンジオールからなる
群から選択される、上記１５に記載の方法。
１７．バイオマスが、スイッチグラス、古紙、製紙由来のスラッジ、トウモロコシ繊維、コーン穂軸、コーン包葉、コーン葉茎、草、コムギ、コムギわら、干草、オオムギ、オオムギわら、稲わら、サトウキビバガス、サトウキビわら、ユリノキ、モロコシ、大豆、穀粒の加工から得られる成分、高木、枝、根、葉、木片、おがくず、低木および潅木、野菜、果実、花、動物堆肥、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される、上記１に記載の方法。
１８．（ａ）
１）リグニンおよび炭水化物を含む一定の量のリグノセルロースバイオマス；
２）約４０％〜約７０％エタノールを水中に含む多成分溶剤溶液；
３）２％〜約２０％の量のアンモニア
４）および１つまたはそれ以上の求核剤
を備えるステップ；
（ｂ）バイオマスを（ａ）の多成分溶剤溶液と接触させて溶剤−バイオマス混合物を形成させるステップ；
（ｃ）溶剤−バイオマス混合物を密閉圧力容器中に入れ、それにより（ｂ）の混合物を約１００℃〜約２２０℃の温度で約５分間〜約５時間加熱し、それによりリグニンを断片化させて、溶剤に溶解させるステップ
（ｄ）（ｃ）の溶解リグニンをろ過により除去するステップ；ならびに
（ｅ）残留物を有機溶剤で洗浄し、それにより実質的にリグニンを含まないバイオマスを生産させるステップ
を含む、実質的にリグニンを含まないバイオマスを生産するためにリグノセルロースバイオマスからリグニンを同時に断片化および選択的抽出する方法。
１９．実質的にリグニンを含まないバイオマスが、バイオマスの元々の質量の約６０％〜約１００％である、上記１８に記載の方法。
２０．有機溶剤溶液が、アルカリもしくはアルカリ土類水酸化物もしくは炭酸塩、アンモニア、チオール、硫化物、水硫化物、多硫化物、ヒドロポリスルフィド、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたはさらなる成分をさらに含む、上記１または１８に記載の方法。
２１．溶剤溶液、および任意のアンモニアまたは他の未反応成分が再生利用可能である、上記１または１８に記載の方法。
２２．有機溶剤溶液が、アルコール、ジオールおよび非プロトン性溶剤からなる群から選択される溶剤を含む、上記１または１８に記載の方法。
２３．有機溶剤溶液が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールおよびヘキサノール、その異性体およびそのジオールからなる群から選択される溶剤を含む、上記２２に記載の方法。
１．（ａ）リグニン、セルロースおよびヘミセルロースを含むリグノセルロースバイオマスを備えるステップ；
（ｂ）（ａ）のバイオマスを水、乾燥バイオマスの質量に対して約２％〜約２０％の量のアンモニア、および１つまたはそれ以上の求核剤を含む有機溶剤溶液に懸濁させ、それによりアルカリ条件下にバイオマス−溶剤懸濁液を形成させるステップ；
（ｃ）バイオマス−溶剤懸濁液を約１００〜２２０℃の温度に約５分間〜約５時間、加熱し、それによりリグニンを断片化させて、懸濁液に溶解させるステップ；ならびに
（ｄ）（ｃ）における懸濁液を加熱した後に自由液体を加圧下にろ過し、それにより溶解リグニンを除去し、高保持率のヘミセルロースを有する炭水化物富化バイオマスを生成させるステップ
を含む、高保持率のヘミセルロースを有する炭水化物富化バイオマスを生産する方法。
２．（ｅ）ステップ（ｄ）で生産されたバイオマスを溶剤溶液で洗浄するステップをさらに含む、上記１に記載の方法。
３．（ｆ）ステップ（ｅ）後に生産されたバイオマスを水で洗浄し、それにより容易に糖化可能な炭水化物富化バイオマスを生産させるステップをさらに含む、上記２に記載の方法。
４．ステップ（ｅ）で生産されたバイオマスを乾燥させ、それにより容易に糖化可能な炭水化物富化バイオマスを生産させるステップをさらに含む、上記２に記載の方法。
５．ステップ（ｅ）および（ｆ）を１回またはそれ以上反復するステップをさらに含む、上記２または３に記載の方法。
６．１つまたはそれ以上の求核剤が、ＮａＯＨ、１つまたはそれ以上のアルキルアミン、硫化物、水硫化物、多硫化物、ヒドロポリスルフィド、チオール試薬、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、上記１に記載の方法。
７．１つまたはそれ以上のアルキルアミンが、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ２−ＮＨ、Ｒ３Ｎ、（Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２）、（Ｈ２Ｎ−Ｒ（ＮＨ２）２）、（ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２）、（（ＨＯ）２−Ｒ−ＮＨ２）、（ＨＯ−Ｒ−（ＮＨ２）２）、（ＨＳ−Ｒ−ＮＨ２）、（（ＨＳ）２−Ｒ−ＮＨ２）、（ＨＳ−Ｒ−（ＮＨ２）２）および（Ｈ２Ｎ−Ｒ（ＯＨ）（ＳＨ）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、式中、Ｒは、独立して、一価、二価または三価の１〜６個の炭素を有する、直鎖、環式または分岐アルカン、アルケンまたはアルキンである、上記１に記載の方法。
８．Ｒが、独立して、メチル、エチル、プロピルまたはブチルである、上記７に記載の方法。
９．アルキルアミンがメチルアミンである、上記７に記載の方法。
１０．ステップ（ｂ）における溶剤溶液：バイオマスが、約１０：１〜０．５：１の質量比を有する、上記１に記載の方法。
１１．ステップ（ｃ）の加熱された懸濁液がステップ（ｄ）のろ過ステップの前に室温に冷却される、上記１に記載の方法。
１２．ステップ（ｅ）後の、ろ過されて洗浄されたバイオマスの溶剤を減圧下で蒸発させるステップをさらに含む、上記２に記載の方法。
１３．バイオマスを酵素集合体で糖化し、それにより発酵可能な糖類を生産させるステップをさらに含む、上記３、４または１２に記載の方法。
１４．ステップ（ｆ）における水での洗浄の後にバイオマスを酵素集合体と接触させることによりバイオマスを乾燥させることなく糖化し、それにより発酵可能な糖類を生産させるステップをさらに含む、上記３に記載の方法。
１５．糖類を発酵させて標的生産物を生産するステップをさらに含む、上記１３または１４に記載の方法。
１６．標的生産物が、エタノール、ブタノールまたは１，３−プロパンジオールからなる
群から選択される、上記１５に記載の方法。
１７．バイオマスが、スイッチグラス、古紙、製紙由来のスラッジ、トウモロコシ繊維、コーン穂軸、コーン包葉、コーン葉茎、草、コムギ、コムギわら、干草、オオムギ、オオムギわら、稲わら、サトウキビバガス、サトウキビわら、ユリノキ、モロコシ、大豆、穀粒の加工から得られる成分、高木、枝、根、葉、木片、おがくず、低木および潅木、野菜、果実、花、動物堆肥、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される、上記１に記載の方法。
１８．（ａ）
１）リグニンおよび炭水化物を含む一定の量のリグノセルロースバイオマス；
２）約４０％〜約７０％エタノールを水中に含む多成分溶剤溶液；
３）２％〜約２０％の量のアンモニア
４）および１つまたはそれ以上の求核剤
を備えるステップ；
（ｂ）バイオマスを（ａ）の多成分溶剤溶液と接触させて溶剤−バイオマス混合物を形成させるステップ；
（ｃ）溶剤−バイオマス混合物を密閉圧力容器中に入れ、それにより（ｂ）の混合物を約１００℃〜約２２０℃の温度で約５分間〜約５時間加熱し、それによりリグニンを断片化させて、溶剤に溶解させるステップ
（ｄ）（ｃ）の溶解リグニンをろ過により除去するステップ；ならびに
（ｅ）残留物を有機溶剤で洗浄し、それにより実質的にリグニンを含まないバイオマスを生産させるステップ
を含む、実質的にリグニンを含まないバイオマスを生産するためにリグノセルロースバイオマスからリグニンを同時に断片化および選択的抽出する方法。
１９．実質的にリグニンを含まないバイオマスが、バイオマスの元々の質量の約６０％〜約１００％である、上記１８に記載の方法。
２０．有機溶剤溶液が、アルカリもしくはアルカリ土類水酸化物もしくは炭酸塩、アンモニア、チオール、硫化物、水硫化物、多硫化物、ヒドロポリスルフィド、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたはさらなる成分をさらに含む、上記１または１８に記載の方法。
２１．溶剤溶液、および任意のアンモニアまたは他の未反応成分が再生利用可能である、上記１または１８に記載の方法。
２２．有機溶剤溶液が、アルコール、ジオールおよび非プロトン性溶剤からなる群から選択される溶剤を含む、上記１または１８に記載の方法。
２３．有機溶剤溶液が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールおよびヘキサノール、その異性体およびそのジオールからなる群から選択される溶剤を含む、上記２２に記載の方法。
Claims (12)
- （ａ）リグニン、セルロースおよびヘミセルロースを含むリグノセルロースバイオマスを備えるステップ；
（ｂ）（ａ）のバイオマスを水、乾燥バイオマスの質量に対して約２％〜約２０％の量のアンモニア、および１つまたはそれ以上の求核剤を含む有機溶剤溶液に懸濁させ、それによりアルカリ条件下にバイオマス−溶剤懸濁液を形成させるステップ；
（ｃ）バイオマス−溶剤懸濁液を約１００〜２２０℃の温度に約５分間〜約５時間、加熱し、それによりリグニンを断片化させて、懸濁液に溶解させるステップ；ならびに
（ｄ）（ｃ）における懸濁液を加熱した後に自由液体を加圧下にろ過し、それにより溶解リグニンを除去し、高保持率のヘミセルロースを有する炭水化物富化バイオマスを生成させるステップ
を含む、高保持率のヘミセルロースを有する炭水化物富化バイオマスを生産する方法。 - １つまたはそれ以上の求核剤が、ＮａＯＨ、１つまたはそれ以上のアルキルアミン、硫化物、水硫化物、多硫化物、ヒドロポリスルフィド、チオール試薬、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
- １つまたはそれ以上のアルキルアミンが、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ２−ＮＨ、Ｒ３Ｎ、（Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２）、（Ｈ２Ｎ−Ｒ（ＮＨ２）２）、（ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２）、（（ＨＯ）２−Ｒ−ＮＨ２）、（ＨＯ−Ｒ−（ＮＨ２）２）、（ＨＳ−Ｒ−ＮＨ２）、（（ＨＳ）２−Ｒ−ＮＨ２）、（ＨＳ−Ｒ−（ＮＨ２）２）および（Ｈ２Ｎ−Ｒ（ＯＨ）（ＳＨ）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、式中、Ｒは、独立して、一価、二価または三価の１〜６個の炭素を有する、直鎖、環式または分岐アルカン、アルケンまたはアルキンである、請求項１に記載の方法。
- Ｒが、独立して、メチル、エチル、プロピルまたはブチルである、請求項３に記載の方法。
- アルキルアミンがメチルアミンである、請求項３に記載の方法。
- ステップ（ｂ）における溶剤溶液：バイオマスが、約１０：１〜０．５：１の質量比を有する、請求項１に記載の方法。
- （ａ）
１）リグニンおよび炭水化物を含む一定の量のリグノセルロースバイオマス；
２）約４０％〜約７０％エタノールを水中に含む多成分溶剤溶液；
３）２％〜約２０％の量のアンモニア
４）および１つまたはそれ以上の求核剤
を備えるステップ；
（ｂ）バイオマスを（ａ）の多成分溶剤溶液と接触させて溶剤−バイオマス混合物を形成させるステップ；
（ｃ）溶剤−バイオマス混合物を密閉圧力容器中に入れ、それにより（ｂ）の混合物を約１００℃〜約２２０℃の温度で約５分間〜約５時間加熱し、それによりリグニンを断片化させて、溶剤に溶解させるステップ
（ｄ）（ｃ）の溶解リグニンをろ過により除去するステップ；ならびに
（ｅ）残留物を有機溶剤で洗浄し、それにより実質的にリグニンを含まないバイオマスを生産させるステップ
を含む、実質的にリグニンを含まないバイオマスを生産するためにリグノセルロースバイオマスからリグニンを同時に断片化および選択的抽出する方法。 - 実質的にリグニンを含まないバイオマスが、バイオマスの元々の質量の約６０％〜約１００％である、請求項７に記載の方法。
- 有機溶剤溶液が、アルカリもしくはアルカリ土類水酸化物もしくは炭酸塩、アンモニア、チオール、硫化物、水硫化物、多硫化物、ヒドロポリスルフィド、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたはさらなる成分をさらに含む、請求項１または７に記載の方法。
- 溶剤溶液、および任意のアンモニアまたは他の未反応成分が再生利用可能である、請求項１または７に記載の方法。
- 有機溶剤溶液が、アルコール、ジオールおよび非プロトン性溶剤からなる群から選択される溶剤を含む、請求項１または７に記載の方法。
- 有機溶剤溶液が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールおよびヘキサノール、その異性体およびそのジオールからなる群から選択される溶剤を含む、請求項１１に記載の方法。
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