前処理済みバイオマス流の再生浄化
水と、フルフラールおよび酢酸から成る群から選択される少なくとも１つの化合物と、Ｃ５およびＣ６とで構成される第１の流れの中にあるフルフラールおよび酢酸の少なくとも一部分を除去するプロセスを開示する。かかるプロセスは、同じ成分で構成される第２の流れと事前に接触させてある吸着媒体を流れと接触させるステップを含み、吸着媒体は、第２の流れと接触させずに、吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも７０％がそれぞれ脱着されており、Ｃ５およびＣ６の少なくとも６０％が媒体に吸着されたままである条件に媒体を暴露することによって再生されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、発酵プロセス用バイオマスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
加水分解およびそれに続く発酵に役立つ前処理済みバイオマス流の調製は、当該分野でよく知られている。非特許文献１は、様々な前処理プロセスについて考察している。前処理プロセスでは、バイオマスは、高圧高温の蒸気または水で処理され、一部の水が除去される。しかし、該文献の著者らによれば、目標の１つは阻害的副産物の生成を回避することである。しかしながら、生成を回避するのではなく、阻害的副産物は除去されうる。したがって、バイオマス前処理の副産物を経済的に除去することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国出願公開第２００６／０１４８６４５号明細書
【特許文献２】米国出願公開第２００８／０１７１６４８号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｔａｈｅｒｚａｄｅｈ ａｎｄ Ｋａｒｉｍｉ（２００７）“Ｅｎｚｙｍｅ−ｂａｓｅｄ Ｅｔｈａｎｏｌ”，ＢｉｏＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ２（４），７０７−７３８頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書は、水と、フルフラールおよび酢酸から成る群から選択される少なくとも１つの化合物と、Ｃ５およびＣ６とで構成される第１の流れの中にあるフルフラールおよび酢酸の少なくとも一部分を除去するプロセスであって、同じ成分で構成される第２の流れと事前に接触させてある吸着媒体を流れと接触させるステップを含み、吸着媒体は、第２の流れと接触させずに、吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも７０％がそれぞれ脱着されており、Ｃ５およびＣ６の少なくとも６０％が媒体に吸着されたままである条件に媒体を暴露することによって再生されている、プロセスを開示する。第１および第２の流れは同じ流れであることができる。
【０００６】
さらに、球状の活性炭であり得る媒体の温度を、酢酸およびフルフラールが急速に脱着され、Ｃ５およびＣ６がゆっくりと脱着されるような温度まで十分な時間上昇させて、再生を行うことを開示する。また、吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも８０％がそれぞれ脱着され、Ｃ５およびＣ６の少なくとも８０％が媒体に吸着されたままであるようにして、媒体を再生できることを開示する。圧力低下または真空は、媒体を再生する１つの手法として開示する。不活性ガスも可能な脱着条件として開示する。
【０００７】
また、除去に先行して、第１の流れの少なくとも２０重量％の水を除去する濃縮ステップを行うことができ、除去ステップまたは濃縮ステップに先行して、第１の流れから固体の少なくとも一部分を除去する固体除去ステップを行うことができることを開示する。また、流れをさらなる処理の前に水で希釈してもよいことを開示する。
【０００８】
また、水、Ｃ５、Ｃ６、フルフラール、および酢酸で構成される流れと吸着媒体を十分な時間接触させて作成されており、媒体上に吸着されたＣ５およびＣ６の量が、それぞれ媒体上に吸着させることができるＣ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９０％である吸着媒体、ならびに媒体上のＣ５およびＣ６の量が、それぞれ媒体上に吸着させることができるＣ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも８０％であるようにして再生された媒体で構成される製品を開示する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
プロセスは、前処理済みバイオマス流中の前処理済みバイオマスに作用する。
【００１０】
前処理済みのバイオマスは、可溶性かつ溶解した固体に関して表される乾燥量に水を加えたものを有し、糖および有機酸などの有機化合物が存在する液体流で構成される。
【００１１】
前処理済みバイオマスは、その水、Ｃ５、Ｃ６、酢酸、ギ酸、およびフルフラールに基づいて特性決定することができる。組成物の合計Ｃ５量は、組成物の液体および固体中のアラビノースとキシロースのモノマー、ダイマー、オリゴマー、およびポリマーを含む、組成物中のアラビナンおよびキシランの合計である。組成物中の合計Ｃ６量は、流れの液体および固体中に存在することがあるグルコースのモノマー、ダイマー、オリゴマー、およびポリマーを含むグルカン含量である。
【００１２】
前処理済みバイオマスは、通常はセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを含む植物バイオマスである好ましい供給材料として選択されるバイオマスに、水もしくは蒸気もしくは化学物質またはそれらの組み合わせが添加され、特定の温度で特定の時間維持されて、乾燥量および水分を含む前処理済みバイオマスを得るプロセスを用いて前処理されている、リグノセルロース系バイオマスまたはリグノセルロース系化合物由来であるのが一般的である。
【００１３】
水は、通常、バイオマス自体に吸収された水の状態で、かつ遊離水の状態で存在する。バイオマスおよび水という用語は、前処理の前に存在する水と、吸着された水と、前処理プロセス中に添加されている遊離水とを含むすべての水をバイオマスの乾燥量に加えたものを意味する。
【００１４】
前処理済みバイオマス流は、通常、分離ステップに送られ、そこで、前処理済み液体バイオマス流は、フィルタ、プレス、もしくはメンブレン、または、可溶性かつ溶解した固体と水とから成る乾燥固体を含む液体流を分離し回収することができる他の任意の手順を使用する分離ステップによって、液状形態で分離される場合が多い。これは前処理済みバイオマス液流の一例である。
【００１５】
前処理済みバイオマス流および前処理済みバイオマス液流は、バイオマスの乾燥部分の加水分解によって水溶性種に加水分解可能である一部の化合物を含有する。
【００１６】
グルコースおよびキシロースは加水分解化合物の例である。
【００１７】
前処理ステップの間、通常、他の有機化合物がバイオマスから形成または抽出される。これらの化合物は、通常、セルロース、ヘミセルロース、またはリグニン部分に由来する。場合によっては、前処理済みプロセスに注入されるバイオマス供給材料中のデンプンまたは抽出物などの有機化合物により、他の有機化合物が前処理済みバイオマス流中に存在する。フルフラール、ギ酸、および酢酸などのこれらの有機化合物、またはそれらの少なくとも一部分を分離し、前処理済みバイオマス液流に回収することができる。
【００１８】
後述するプロセスは、酢酸などの１つまたは複数の対象有機化合物を、吸着媒体を使用することによって前処理済み液体バイオマス流から除去することが可能であった。プロセスは、対象有機化合物の所望レベルに達するとともに、糖、またはグルコースおよびキシロースなどのオリゴマーもしくはポリマーの合計損失を最小限に抑えるのに必要な、吸着媒体の総量を最小限に抑える。
【００１９】
フルフラールおよび酢酸といった有機不純物の吸着に加えて、第２の後に続く用途において不純物のみが吸着されるように、または少なくともごく少量のＣ５およびＣ６が吸着されるようにして、吸着されたＣ５およびＣ６を媒体上に保ちながら不純物を除去するようにして、選択された吸着媒体を再生することができる。
【００２０】
吸着媒体は、活性炭、または活性炭を含むポリスチレンなどの高表面積ポリマー（high surface polymer）であることができる。これらのポリマー性媒体は、ＳＡＲＡＴＥＣＨ（登録商標）の名称でＢｌｕｃｈｅｒ Ｇ．ｍ．ｂ．Ｈ．（ドイツ）から入手可能である。これら高表面積ポリマー性の球状活性炭粒子の製造については、特許文献１および２に記載されている。
【００２１】
後述するプロセスは、濃縮ステップ、吸着ステップ、および再生ステップを含み、任意に濾過を含む場合は、プロセスは濃縮ステップを含まない。
【００２２】
濃縮ステップは、Ｃ５およびＣ６以外の多くが除去されるであろうことは分かっていながら、経済的に可能な限り多くの水を除去するものである。濃縮ステップは、既存の技術と、恐らくはこれまで発明されてきたいくつかのものとを用いて行うことができる。一般的な濃縮技術としては、蒸発器、真空、フラッシュ蒸留、蒸留、遠心機、サイクロン、および液体サイクロンから成る群から選択されるものが挙げられるが、それらに限定されない。
【００２３】
酢酸またはフルフラールなどの対象有機化合物の最小濃度値は、同じ有機成分の濃度の個別の増加が、対象有機化合物を前処理済み液体バイオマス流から吸着する吸着媒体の吸着能力を著しく変化させない濃度である。最小濃度値は、通常、溶液中の有機物質の量で表現され、別の表現法は、対象化合物が吸着ステップ後に有するはずの濃度である。
【００２４】
プロセスは、対象有機化合物に依存し、温度に依存し、かつ前処理済み液体バイオマス流から除去すべき対象有機化合物の濃度に依存するので、非常に特異的である。
【００２５】
対象有機化合物の最小濃度値は、わずかな分離量の同じ有機化合物を添加し、対象有機化合物に関する吸着媒体の吸着能力の増加分（delta increase）を測定することによって測定することができる。
【００２６】
好ましいプロセス条件は、少量の対象有機化合物を添加しても、吸着媒体が対象有機化合物を吸着する能力が、時間単位当たりで、吸着媒体単位当たりで、かつ同じ一定温度で著しく変化しない条件である。
【００２７】
濃縮ステップの後、吸着プロセス中の吸着媒体の吸着能力を最大限にするため、濃縮ステップ後の前処理済み液体バイオマス流中の対象有機化合物の濃度は、前処理済み液体バイオマス流中の対象有機成分の最小濃度に等しいか、またはそれよりも高いべきである。
【００２８】
対象有機化合物の濃度が、吸着能力のわずかな変化分よりも高い形で、前処理済み液体バイオマス流中の対象有機化合物のわずかな増加が対象有機化合物を吸着する媒体の吸着能力を変化させるような濃度であるとき、濃縮プロセスは、対象有機化合物の濃度増加が、媒体が対象有機化合物を吸着する吸着能力を同じわずかな変化分よりも高いレベルで変化させない、対象有機化合物の最小濃度よりも高い対象有機化合物の濃縮レベルで、前処理済みバイオマス流を濃縮することになる。
【００２９】
９リットルのサンプルを使用した実験で示されるように、３リットルが回転蒸発（roto-evaporation）によって除去された。
【００３０】
濃縮ステップの後、濃縮した前処理済み液体バイオマス流を、組成物を少なくとも１つの吸着媒体と接触させて対象有機不純物の少なくとも一部を除去する吸着プロセスにかけた。
【００３１】
吸着媒体は、その再生能力にしたがって選択される。吸着媒体は、有機不純物だけではなくＣ５およびＣ６の一部分も吸着するであろうことが分かっている。したがって、媒体を一度使用した場合、不純物だけではなく対象生成物の一部分も除去されることになる。吸着媒体を再生させることができるが、再生媒体は依然としてＣ５およびＣ６を吸着するであろう。しかし、少なくとも一部の媒体は、再生させたとき、Ｃ５およびＣ６を媒体に吸着させたままに保つことが発見されている。Ｃ５およびＣ６を吸着したままの再生媒体を再使用すると、再生媒体は不純物を溶液から除去するが、Ｃ５／Ｃ６が存在しても、溶液からそれらをほとんど除去しない。
【００３２】
吸着媒体の再生は、通常、工業用技術を用いて行われる。以下の例では、媒体を加熱し、揮発性物質を脱着させた。媒体は、真空下で加熱するか、蒸気または温水によって加熱するか、またはＣ５およびＣ６よりも対象有機化合物を取り除く他の温流で加熱することができる。
【００３３】
再生ステップは、通常、媒体の温度を上昇させることによって行われる。媒体の圧力条件の圧力変化によって、あるいは温水もしくは蒸気、または媒体を通過する対象有機化合物を脱着することができる他の化合物などの熱流を使用して、媒体自体を再生させることもできる。
【００３４】
再生は、温度、圧力、および時間、または対象有機化合物が脱着され始める値よりも高く、糖もしくはオリゴマーもしくはポリマーが脱着される傾向になる値よりも低いレベルで、媒体を再生させるのに使用される他の変数を維持するという条件を含むことができ、それらから成ることができ、あるいは本質的にそれらから成ることができる。
【００３５】
これらの条件で、Ｃ５／Ｃ６の少なくとも５０重量％が媒体に残り、かつＣ５およびＣ６以外の有機物の少なくとも８０または９０重量％が媒体から除去されるようにして、再生ステップが行われることになる。Ｃ５／Ｃ６の少なくとも７５重量％が媒体に残ることがさらにより好ましく、Ｃ５／Ｃ６の少なくとも９０重量％超過が媒体に残ることが最も好ましい。Ｃ５／Ｃ６の値は、媒体から除去されたＣ５およびＣ６以外の除去には関連しない。
【００３６】
例えば、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも５０重量％が媒体に残ることが好ましいが、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも６０重量％が媒体に残ることがより好ましく、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも７０重量％が媒体に残ることがさらに好ましく、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも８０重量％が媒体に残ることがさらにより好ましく、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも９０重量％が媒体に残ることが最も好ましい。
【００３７】
Ｃ５およびＣ６以外については、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも５０重量％が媒体から除去され、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも６０重量％が媒体から除去されることがより好ましく、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも７０重量％が媒体から除去されることがさらに好ましく、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも８０重量％が媒体から除去されることがさらにより好ましく、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも９０重量％が媒体から除去されることが最も好ましい。
【００３８】
具体的にするため、フルフラールの場合は、フルフラールの総量の少なくとも５０重量％が媒体から除去され、フルフラールの総量の少なくとも６０重量％が媒体から除去されることがより好ましく、フルフラールの総量の少なくとも７０重量％が媒体から除去されることがさらに好ましく、フルフラールの総量の少なくとも８０重量％が媒体から除去されることがさらにより好ましく、フルフラールの総量の少なくとも９０重量％が媒体から除去されることが最も好ましい。
【００３９】
酢酸の場合は、酢酸の総量の少なくとも５０重量％が媒体から除去され、酢酸の総量の少なくとも６０重量％が媒体から除去されることがより好ましく、酢酸の総量の少なくとも７０重量％が媒体から除去されることがさらに好ましく、酢酸の総量の少なくとも８０重量％が媒体から除去されることがさらにより好ましく、酢酸の総量の少なくとも９０重量％が媒体から除去されることが最も好ましい。
【００４０】
このステップにより、吸着媒体が対象有機化合物を吸着する能力を回復させることができるとともに、再生ステップ後に媒体を再使用したときに糖が吸着される量を最小限に抑えることができる。再生の後、再生媒体を再使用して、前処理済み液体バイオマス流をさらに浄化する。
【００４１】
吸着ステップの後、浄化された液体バイオマス流をさらに処理することができる。
【００４２】
前処理済み液体バイオマス流はある程度の固体を有することになるので、濃縮前に、最も具体的には吸着媒体に接触する前に、流れから固体を分離するのが好ましいことがある。
【００４３】
実験
以下の表１および２は再生の値を確立するものである。表１では、グルコース１．３８５ｇ／ｄｍ３およびキシロース３．０１ｇ／ｄｍ３を含有する流れを、Ｂｌｕｃｈｅｒから入手した球状媒体の一定量に通した。流れ１リットル当たりに使用される媒体のグラム数と暴露時間とを示す。溶液中に残っているＣ５およびＣ６の量と吸着率とを示す。表１のデータは未使用媒体のものであり、キシロースが大量に失われたことを示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表２では、同じくグルコース濃縮物１．３８５ｇ／ｄｍ３およびキシロース濃縮物３．０１ｇ／ｄｍ３を含有する流れを、表１と同じ媒体に通した。流れ１リットル当たりに使用される媒体のグラム数と暴露時間とを示す。溶液中に残っているＣ５およびＣ６の量と吸着率とを示す。しかし、この例では、媒体は一度使用され、その後１５０℃に２０分間暴露することによって再生したものであった。再生媒体は、より多量の有機不純物を吸着することができたが、表から分かるように、媒体１００ｇ当たりのキシロースの最大損失は、未使用媒体の場合は２０％であったのに対して７％であった。
【００４６】
【表２】
【００４７】
負の値は、糖の一部が溶液中へと脱着されたことを示す。
【００４８】
表３は、混入物質を除去するプロセスに対する能力を実証する。溶液は、複数のステップにおいて５５℃で１．５時間蒸発させることによって濃縮した。各ステップにおいて、１．５Ｌが１．０Ｌに減少したが、これは３３％の減量に相当する。濃縮溶液は、ＳＡＲＡＴＥＣＨ（登録商標）多孔質タイプの吸着媒体（表１および２と同じ媒体）の１００ｇ／Ｌ溶液を収容した撹拌ビーカー（stirred beaker）内で１０分間処理した。濃度および損失を比較可能な基準にすることができるように、溶液を鉱質除去した水で再希釈して分析を行った。
【００４９】
【表３】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、発酵プロセス用バイオマスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
加水分解およびそれに続く発酵に役立つ前処理済みバイオマス流の調製は、当該分野でよく知られている。非特許文献１は、様々な前処理プロセスについて考察している。前処理プロセスでは、バイオマスは、高圧高温の蒸気または水で処理され、一部の水が除去される。しかし、該文献の著者らによれば、目標の１つは阻害的副産物の生成を回避することである。しかしながら、生成を回避するのではなく、阻害的副産物は除去されうる。したがって、バイオマス前処理の副産物を経済的に除去することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国出願公開第２００６／０１４８６４５号明細書
【特許文献２】米国出願公開第２００８／０１７１６４８号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｔａｈｅｒｚａｄｅｈ ａｎｄ Ｋａｒｉｍｉ（２００７）“Ｅｎｚｙｍｅ−ｂａｓｅｄ Ｅｔｈａｎｏｌ”，ＢｉｏＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ２（４），７０７−７３８頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書は、水と、フルフラールおよび酢酸から成る群から選択される少なくとも１つの化合物と、Ｃ５およびＣ６とで構成される第１の流れの中にあるフルフラールおよび酢酸の少なくとも一部分を除去するプロセスであって、同じ成分で構成される第２の流れと事前に接触させてある吸着媒体を流れと接触させるステップを含み、吸着媒体は、第２の流れと接触させずに、吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも７０％がそれぞれ脱着されており、Ｃ５およびＣ６の少なくとも６０％が媒体に吸着されたままである条件に媒体を暴露することによって再生されている、プロセスを開示する。第１および第２の流れは同じ流れであることができる。
【０００６】
さらに、球状の活性炭であり得る媒体の温度を、酢酸およびフルフラールが急速に脱着され、Ｃ５およびＣ６がゆっくりと脱着されるような温度まで十分な時間上昇させて、再生を行うことを開示する。また、吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも８０％がそれぞれ脱着され、Ｃ５およびＣ６の少なくとも８０％が媒体に吸着されたままであるようにして、媒体を再生できることを開示する。圧力低下または真空は、媒体を再生する１つの手法として開示する。不活性ガスも可能な脱着条件として開示する。
【０００７】
また、除去に先行して、第１の流れの少なくとも２０重量％の水を除去する濃縮ステップを行うことができ、除去ステップまたは濃縮ステップに先行して、第１の流れから固体の少なくとも一部分を除去する固体除去ステップを行うことができることを開示する。また、流れをさらなる処理の前に水で希釈してもよいことを開示する。
【０００８】
また、水、Ｃ５、Ｃ６、フルフラール、および酢酸で構成される流れと吸着媒体を十分な時間接触させて作成されており、媒体上に吸着されたＣ５およびＣ６の量が、それぞれ媒体上に吸着させることができるＣ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９０％である吸着媒体、ならびに媒体上のＣ５およびＣ６の量が、それぞれ媒体上に吸着させることができるＣ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも８０％であるようにして再生された媒体で構成される製品を開示する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
プロセスは、前処理済みバイオマス流中の前処理済みバイオマスに作用する。
【００１０】
前処理済みのバイオマスは、可溶性かつ溶解した固体に関して表される乾燥量に水を加えたものを有し、糖および有機酸などの有機化合物が存在する液体流で構成される。
【００１１】
前処理済みバイオマスは、その水、Ｃ５、Ｃ６、酢酸、ギ酸、およびフルフラールに基づいて特性決定することができる。組成物の合計Ｃ５量は、組成物の液体および固体中のアラビノースとキシロースのモノマー、ダイマー、オリゴマー、およびポリマーを含む、組成物中のアラビナンおよびキシランの合計である。組成物中の合計Ｃ６量は、流れの液体および固体中に存在することがあるグルコースのモノマー、ダイマー、オリゴマー、およびポリマーを含むグルカン含量である。
【００１２】
前処理済みバイオマスは、通常はセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンを含む植物バイオマスである好ましい供給材料として選択されるバイオマスに、水もしくは蒸気もしくは化学物質またはそれらの組み合わせが添加され、特定の温度で特定の時間維持されて、乾燥量および水分を含む前処理済みバイオマスを得るプロセスを用いて前処理されている、リグノセルロース系バイオマスまたはリグノセルロース系化合物由来であるのが一般的である。
【００１３】
水は、通常、バイオマス自体に吸収された水の状態で、かつ遊離水の状態で存在する。バイオマスおよび水という用語は、前処理の前に存在する水と、吸着された水と、前処理プロセス中に添加されている遊離水とを含むすべての水をバイオマスの乾燥量に加えたものを意味する。
【００１４】
前処理済みバイオマス流は、通常、分離ステップに送られ、そこで、前処理済み液体バイオマス流は、フィルタ、プレス、もしくはメンブレン、または、可溶性かつ溶解した固体と水とから成る乾燥固体を含む液体流を分離し回収することができる他の任意の手順を使用する分離ステップによって、液状形態で分離される場合が多い。これは前処理済みバイオマス液流の一例である。
【００１５】
前処理済みバイオマス流および前処理済みバイオマス液流は、バイオマスの乾燥部分の加水分解によって水溶性種に加水分解可能である一部の化合物を含有する。
【００１６】
グルコースおよびキシロースは加水分解化合物の例である。
【００１７】
前処理ステップの間、通常、他の有機化合物がバイオマスから形成または抽出される。これらの化合物は、通常、セルロース、ヘミセルロース、またはリグニン部分に由来する。場合によっては、前処理済みプロセスに注入されるバイオマス供給材料中のデンプンまたは抽出物などの有機化合物により、他の有機化合物が前処理済みバイオマス流中に存在する。フルフラール、ギ酸、および酢酸などのこれらの有機化合物、またはそれらの少なくとも一部分を分離し、前処理済みバイオマス液流に回収することができる。
【００１８】
後述するプロセスは、酢酸などの１つまたは複数の対象有機化合物を、吸着媒体を使用することによって前処理済み液体バイオマス流から除去することが可能であった。プロセスは、対象有機化合物の所望レベルに達するとともに、糖、またはグルコースおよびキシロースなどのオリゴマーもしくはポリマーの合計損失を最小限に抑えるのに必要な、吸着媒体の総量を最小限に抑える。
【００１９】
フルフラールおよび酢酸といった有機不純物の吸着に加えて、第２の後に続く用途において不純物のみが吸着されるように、または少なくともごく少量のＣ５およびＣ６が吸着されるようにして、吸着されたＣ５およびＣ６を媒体上に保ちながら不純物を除去するようにして、選択された吸着媒体を再生することができる。
【００２０】
吸着媒体は、活性炭、または活性炭を含むポリスチレンなどの高表面積ポリマー（high surface polymer）であることができる。これらのポリマー性媒体は、ＳＡＲＡＴＥＣＨ（登録商標）の名称でＢｌｕｃｈｅｒ Ｇ．ｍ．ｂ．Ｈ．（ドイツ）から入手可能である。これら高表面積ポリマー性の球状活性炭粒子の製造については、特許文献１および２に記載されている。
【００２１】
後述するプロセスは、濃縮ステップ、吸着ステップ、および再生ステップを含み、任意に濾過を含む場合は、プロセスは濃縮ステップを含まない。
【００２２】
濃縮ステップは、Ｃ５およびＣ６以外の多くが除去されるであろうことは分かっていながら、経済的に可能な限り多くの水を除去するものである。濃縮ステップは、既存の技術と、恐らくはこれまで発明されてきたいくつかのものとを用いて行うことができる。一般的な濃縮技術としては、蒸発器、真空、フラッシュ蒸留、蒸留、遠心機、サイクロン、および液体サイクロンから成る群から選択されるものが挙げられるが、それらに限定されない。
【００２３】
酢酸またはフルフラールなどの対象有機化合物の最小濃度値は、同じ有機成分の濃度の個別の増加が、対象有機化合物を前処理済み液体バイオマス流から吸着する吸着媒体の吸着能力を著しく変化させない濃度である。最小濃度値は、通常、溶液中の有機物質の量で表現され、別の表現法は、対象化合物が吸着ステップ後に有するはずの濃度である。
【００２４】
プロセスは、対象有機化合物に依存し、温度に依存し、かつ前処理済み液体バイオマス流から除去すべき対象有機化合物の濃度に依存するので、非常に特異的である。
【００２５】
対象有機化合物の最小濃度値は、わずかな分離量の同じ有機化合物を添加し、対象有機化合物に関する吸着媒体の吸着能力の増加分（delta increase）を測定することによって測定することができる。
【００２６】
好ましいプロセス条件は、少量の対象有機化合物を添加しても、吸着媒体が対象有機化合物を吸着する能力が、時間単位当たりで、吸着媒体単位当たりで、かつ同じ一定温度で著しく変化しない条件である。
【００２７】
濃縮ステップの後、吸着プロセス中の吸着媒体の吸着能力を最大限にするため、濃縮ステップ後の前処理済み液体バイオマス流中の対象有機化合物の濃度は、前処理済み液体バイオマス流中の対象有機成分の最小濃度に等しいか、またはそれよりも高いべきである。
【００２８】
対象有機化合物の濃度が、吸着能力のわずかな変化分よりも高い形で、前処理済み液体バイオマス流中の対象有機化合物のわずかな増加が対象有機化合物を吸着する媒体の吸着能力を変化させるような濃度であるとき、濃縮プロセスは、対象有機化合物の濃度増加が、媒体が対象有機化合物を吸着する吸着能力を同じわずかな変化分よりも高いレベルで変化させない、対象有機化合物の最小濃度よりも高い対象有機化合物の濃縮レベルで、前処理済みバイオマス流を濃縮することになる。
【００２９】
９リットルのサンプルを使用した実験で示されるように、３リットルが回転蒸発（roto-evaporation）によって除去された。
【００３０】
濃縮ステップの後、濃縮した前処理済み液体バイオマス流を、組成物を少なくとも１つの吸着媒体と接触させて対象有機不純物の少なくとも一部を除去する吸着プロセスにかけた。
【００３１】
吸着媒体は、その再生能力にしたがって選択される。吸着媒体は、有機不純物だけではなくＣ５およびＣ６の一部分も吸着するであろうことが分かっている。したがって、媒体を一度使用した場合、不純物だけではなく対象生成物の一部分も除去されることになる。吸着媒体を再生させることができるが、再生媒体は依然としてＣ５およびＣ６を吸着するであろう。しかし、少なくとも一部の媒体は、再生させたとき、Ｃ５およびＣ６を媒体に吸着させたままに保つことが発見されている。Ｃ５およびＣ６を吸着したままの再生媒体を再使用すると、再生媒体は不純物を溶液から除去するが、Ｃ５／Ｃ６が存在しても、溶液からそれらをほとんど除去しない。
【００３２】
吸着媒体の再生は、通常、工業用技術を用いて行われる。以下の例では、媒体を加熱し、揮発性物質を脱着させた。媒体は、真空下で加熱するか、蒸気または温水によって加熱するか、またはＣ５およびＣ６よりも対象有機化合物を取り除く他の温流で加熱することができる。
【００３３】
再生ステップは、通常、媒体の温度を上昇させることによって行われる。媒体の圧力条件の圧力変化によって、あるいは温水もしくは蒸気、または媒体を通過する対象有機化合物を脱着することができる他の化合物などの熱流を使用して、媒体自体を再生させることもできる。
【００３４】
再生は、温度、圧力、および時間、または対象有機化合物が脱着され始める値よりも高く、糖もしくはオリゴマーもしくはポリマーが脱着される傾向になる値よりも低いレベルで、媒体を再生させるのに使用される他の変数を維持するという条件を含むことができ、それらから成ることができ、あるいは本質的にそれらから成ることができる。
【００３５】
これらの条件で、Ｃ５／Ｃ６の少なくとも５０重量％が媒体に残り、かつＣ５およびＣ６以外の有機物の少なくとも８０または９０重量％が媒体から除去されるようにして、再生ステップが行われることになる。Ｃ５／Ｃ６の少なくとも７５重量％が媒体に残ることがさらにより好ましく、Ｃ５／Ｃ６の少なくとも９０重量％超過が媒体に残ることが最も好ましい。Ｃ５／Ｃ６の値は、媒体から除去されたＣ５およびＣ６以外の除去には関連しない。
【００３６】
例えば、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも５０重量％が媒体に残ることが好ましいが、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも６０重量％が媒体に残ることがより好ましく、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも７０重量％が媒体に残ることがさらに好ましく、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも８０重量％が媒体に残ることがさらにより好ましく、Ｃ５およびＣ６の総量の少なくとも９０重量％が媒体に残ることが最も好ましい。
【００３７】
Ｃ５およびＣ６以外については、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも５０重量％が媒体から除去され、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも６０重量％が媒体から除去されることがより好ましく、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも７０重量％が媒体から除去されることがさらに好ましく、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも８０重量％が媒体から除去されることがさらにより好ましく、Ｃ５およびＣ６以外の総量の少なくとも９０重量％が媒体から除去されることが最も好ましい。
【００３８】
具体的にするため、フルフラールの場合は、フルフラールの総量の少なくとも５０重量％が媒体から除去され、フルフラールの総量の少なくとも６０重量％が媒体から除去されることがより好ましく、フルフラールの総量の少なくとも７０重量％が媒体から除去されることがさらに好ましく、フルフラールの総量の少なくとも８０重量％が媒体から除去されることがさらにより好ましく、フルフラールの総量の少なくとも９０重量％が媒体から除去されることが最も好ましい。
【００３９】
酢酸の場合は、酢酸の総量の少なくとも５０重量％が媒体から除去され、酢酸の総量の少なくとも６０重量％が媒体から除去されることがより好ましく、酢酸の総量の少なくとも７０重量％が媒体から除去されることがさらに好ましく、酢酸の総量の少なくとも８０重量％が媒体から除去されることがさらにより好ましく、酢酸の総量の少なくとも９０重量％が媒体から除去されることが最も好ましい。
【００４０】
このステップにより、吸着媒体が対象有機化合物を吸着する能力を回復させることができるとともに、再生ステップ後に媒体を再使用したときに糖が吸着される量を最小限に抑えることができる。再生の後、再生媒体を再使用して、前処理済み液体バイオマス流をさらに浄化する。
【００４１】
吸着ステップの後、浄化された液体バイオマス流をさらに処理することができる。
【００４２】
前処理済み液体バイオマス流はある程度の固体を有することになるので、濃縮前に、最も具体的には吸着媒体に接触する前に、流れから固体を分離するのが好ましいことがある。
【００４３】
実験
以下の表１および２は再生の値を確立するものである。表１では、グルコース１．３８５ｇ／ｄｍ３およびキシロース３．０１ｇ／ｄｍ３を含有する流れを、Ｂｌｕｃｈｅｒから入手した球状媒体の一定量に通した。流れ１リットル当たりに使用される媒体のグラム数と暴露時間とを示す。溶液中に残っているＣ５およびＣ６の量と吸着率とを示す。表１のデータは未使用媒体のものであり、キシロースが大量に失われたことを示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表２では、同じくグルコース濃縮物１．３８５ｇ／ｄｍ３およびキシロース濃縮物３．０１ｇ／ｄｍ３を含有する流れを、表１と同じ媒体に通した。流れ１リットル当たりに使用される媒体のグラム数と暴露時間とを示す。溶液中に残っているＣ５およびＣ６の量と吸着率とを示す。しかし、この例では、媒体は一度使用され、その後１５０℃に２０分間暴露することによって再生したものであった。再生媒体は、より多量の有機不純物を吸着することができたが、表から分かるように、媒体１００ｇ当たりのキシロースの最大損失は、未使用媒体の場合は２０％であったのに対して７％であった。
【００４６】
【表２】
【００４７】
負の値は、糖の一部が溶液中へと脱着されたことを示す。
【００４８】
表３は、混入物質を除去するプロセスに対する能力を実証する。溶液は、複数のステップにおいて５５℃で１．５時間蒸発させることによって濃縮した。各ステップにおいて、１．５Ｌが１．０Ｌに減少したが、これは３３％の減量に相当する。濃縮溶液は、ＳＡＲＡＴＥＣＨ（登録商標）多孔質タイプの吸着媒体（表１および２と同じ媒体）の１００ｇ／Ｌ溶液を収容した撹拌ビーカー（stirred beaker）内で１０分間処理した。濃度および損失を比較可能な基準にすることができるように、溶液を鉱質除去した水で再希釈して分析を行った。
【００４９】
【表３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、Ｃ５と、Ｃ６と、少なくとも酢酸およびフルフラールから成る群から選択される化合物とで構成される第１の流れの中にある前記フルフラールおよび酢酸の少なくとも一部分を除去するプロセスであって、同じ成分で構成される第２の流れと事前に接触させてある吸着媒体を前記流れと接触させるステップを含み、前記吸着媒体が、前記第２の流れと接触させずに、吸着された前記フルフラールおよび酢酸の少なくとも７０％がそれぞれ脱着されており、前記Ｃ５およびＣ６の少なくとも６０％が前記媒体に吸着されたままである条件に媒体を暴露することによって再生されている、プロセス。
【請求項２】
前記第１および第２の流れが同じ流れである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも８０％がそれぞれ脱着され、前記Ｃ５およびＣ６の少なくとも８０％が前記媒体に吸着されたままであるような十分な時間、前記酢酸およびフルフラールが急速に脱着され、前記Ｃ５およびＣ６がゆっくりと脱着されるような温度まで前記媒体の温度を上昇させることによって、再生のための前記暴露が行われる、請求項１および２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項４】
再生のための前記暴露が圧力の低下によって行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記除去ステップに先行して、前記第１の流れの少なくとも２０重量％の水を除去する濃縮ステップが行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
各ステップに先行して、前記第１の流れから前記固体の少なくとも一部分を除去する固体除去ステップが行われる、請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記再生が前記吸着媒体と接触させて不活性ガスを使用する、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記浄化した液体バイオマス流がさらなる処理の前に水で希釈される、請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記吸着媒体が活性炭を含む球状ポリマー性媒体である、請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
水と、Ｃ５と、Ｃ６と、フルフラールおよび酢酸とで構成される流れを、媒体に吸着された前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９０％であるようにするのに十分な時間、再生吸着媒体と接触させ、それに続いて、前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも７６％であるようにして前記媒体を再生させることによって作られている、前記再生吸着媒体で構成される製品。
【請求項１１】
前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも８４％である、請求項１０に記載の製品。
【請求項１２】
前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９０％である、請求項１０に記載の製品。
【請求項１３】
前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９５％である、請求項１０に記載の製品。
【請求項１】
水と、Ｃ５と、Ｃ６と、少なくとも酢酸およびフルフラールから成る群から選択される化合物とで構成される第１の流れの中にある前記フルフラールおよび酢酸の少なくとも一部分を除去するプロセスであって、同じ成分で構成される第２の流れと事前に接触させてある吸着媒体を前記流れと接触させるステップを含み、前記吸着媒体が、前記第２の流れと接触させずに、吸着された前記フルフラールおよび酢酸の少なくとも７０％がそれぞれ脱着されており、前記Ｃ５およびＣ６の少なくとも６０％が前記媒体に吸着されたままである条件に媒体を暴露することによって再生されている、プロセス。
【請求項２】
前記第１および第２の流れが同じ流れである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記吸着されたフルフラールおよび酢酸の少なくとも８０％がそれぞれ脱着され、前記Ｃ５およびＣ６の少なくとも８０％が前記媒体に吸着されたままであるような十分な時間、前記酢酸およびフルフラールが急速に脱着され、前記Ｃ５およびＣ６がゆっくりと脱着されるような温度まで前記媒体の温度を上昇させることによって、再生のための前記暴露が行われる、請求項１および２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項４】
再生のための前記暴露が圧力の低下によって行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記除去ステップに先行して、前記第１の流れの少なくとも２０重量％の水を除去する濃縮ステップが行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
各ステップに先行して、前記第１の流れから前記固体の少なくとも一部分を除去する固体除去ステップが行われる、請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記再生が前記吸着媒体と接触させて不活性ガスを使用する、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記浄化した液体バイオマス流がさらなる処理の前に水で希釈される、請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記吸着媒体が活性炭を含む球状ポリマー性媒体である、請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
水と、Ｃ５と、Ｃ６と、フルフラールおよび酢酸とで構成される流れを、媒体に吸着された前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９０％であるようにするのに十分な時間、再生吸着媒体と接触させ、それに続いて、前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも７６％であるようにして前記媒体を再生させることによって作られている、前記再生吸着媒体で構成される製品。
【請求項１１】
前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも８４％である、請求項１０に記載の製品。
【請求項１２】
前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９０％である、請求項１０に記載の製品。
【請求項１３】
前記媒体上の前記Ｃ５およびＣ６の量が、前記媒体にそれぞれ吸着させることができる前記Ｃ５およびＣ６の最大レベルの少なくとも９５％である、請求項１０に記載の製品。
【公表番号】特表２０１３−５１３４６８（Ｐ２０１３−５１３４６８Ａ）
【公表日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４２６９０（Ｐ２０１２−５４２６９０）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＴ２００９／０００５６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７０６０２
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（５１２００７２８１）
【氏名又は名称原語表記】ＢＥＴＡ ＲＥＮＥＷＡＢＬＥＳ Ｓ．ｐ．Ａ．
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｒａｄａ Ｒｉｂｒｏｃｃａ １１， Ｉ−１５０５７ ＴＯＲＴＯＮＡ（Ａｌｅｓｓａｎｄｒｉａ）， ＩＴＡＬＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＴ２００９／０００５６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７０６０２
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（５１２００７２８１）
【氏名又は名称原語表記】ＢＥＴＡ ＲＥＮＥＷＡＢＬＥＳ Ｓ．ｐ．Ａ．
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｒａｄａ Ｒｉｂｒｏｃｃａ １１， Ｉ−１５０５７ ＴＯＲＴＯＮＡ（Ａｌｅｓｓａｎｄｒｉａ）， ＩＴＡＬＹ
【Ｆターム（参考）】
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