酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および再生可能材料
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および再生可能材料に関する。本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素を回収する吸着剤を含む。本吸着剤は、基体と、基体に分散させた酵素結合材料とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および再生可能材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油の供給が厳しくなりエネルギーの値段が高騰していること、それに加えて再生不可能な資源に関する環境問題のために、再生可能材料および／または生物燃料に対してかなり関心が高まっており、調査が促進されてきた。また、炭素の放出と温室効果ガスを減らす努力も、再生可能材料および／または生物燃料への投資を活発にしてきた。
【０００３】
再生可能材料生産にかかるコストの分野の１つは、加水分解酵素である。Stephanopoulosの“Challenges in Engineering Microbes for Biofuels Production”では、「セルロース分解酵素にかかるコストが実質的に減少しているにもかかわらず、バイオマスからの糖放出はなお高コストで時間がかかるものであり、これがおそらく全プロセス中で最も深刻である」と述べられている。
【０００４】
Himmel et al, Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels productionでは、「現在のところ、生物燃料のコスト競争力のある生産は、バイオマス供給材料とバイオマスを糖類に変換するプロセスのコスト、すなわちバイオリファイナリーにおける熱化学的な前処理と酵素の加水分解ユニットの運転にかかるコストが高いことによって阻まれている」と述べられている。
【０００５】
Sticklen, Plant genetic engineering to improve biomass characteristics for biofuelsでは、「アルコール燃料の生産に使用するための発酵性糖を農作物のバイオマスから誘導できるというアイデアは米国連邦政府には評判が良かったが、バイオマスリファイナリーの経済面での主要な欠点には、リグノセルロース系物質の前処理、および、バイオマスのセルロースを発酵性糖に変換するのに必要な微生物セルラーゼの生産コストが含まれる」と述べられている。
【０００６】
国立再生可能エネルギー研究所（National Renewable Energy Laboratory）によって公開された、Aden et al., Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stoverでは、供給材料にトウモロコシの茎や葉を用いたエタノールプラントのプロセス設計が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Stephanopoulos, Challenges in Engineering Microbes for Biofuels Production
【非特許文献２】Himmel et al, Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels production
【非特許文献３】Sticklen, Plant genetic engineering to improve biomass characteristics for biofuels
【非特許文献４】Aden et al., Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のようなプロセスの改善があったとしても、使用酵素のコストを低くし、より費用効率が高い方式で再生可能材料を生産する必要と要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および再生可能材料に関する。本発明は、使用酵素のコストを低くし、より費用効率が高い方式で再生可能材料を生産することが可能である。加水分解酵素は触媒として作用し、リグノセルロース系材料を解重合する反応中で消費されない。このような酵素を再利用する方法は、運転費用と再生可能材料の生産コストを低くすることができる。
【００１０】
第一の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素（ｌｙｔｉｃ ｅｎｚｙｍｅ）を回収する吸着剤を含む。本吸着剤は、基体と、基体に分散している酵素結合材料とを含む。
【００１１】
第二の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素回収ユニットを含む。本ユニットは、溶菌酵素含有フィードストリームを受け取るためのフィードライン、および、溶菌酵素を吸着するための酵素吸着剤を有する少なくとも１つの酵素回収装置を含み、ここで少なくとも１つの酵素回収装置は、上記フィードラインに流体接続する。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置に放出材料を供給するための再生ラインも含み、ここでこの再生ラインは、少なくとも１つの酵素回収装置に流体接続する。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置から溶菌酵素を取り除くための再利用ラインも含み、ここでこの再利用ラインは、酵素回収装置に流体接続する。
【００１２】
第三の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適したリグノセルロースのバイオリファイナリーを含む。本バイオリファイナリーは、溶菌酵素の使用によりセルロースおよびヘミセルロースを再生可能ベース供給材料へと解重合させるための加水分解ユニット、および、再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するための変換ユニットを含む。本バイオリファイナリーはまた、変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料を含むストリームと副産物ストリームを形成するための分離ユニット、および、再生可能材料を含むストリームまたは副産物ストリームのいずれかを受け取る少なくとも１つの酵素回収ユニットも含み、ここでこの少なくとも１つの酵素回収ユニットは、再利用するために溶菌酵素を吸着する。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットから溶菌酵素を放出させるための放出材料を供給する再生ライン、および、溶菌酵素を再利用するための少なくとも１つの酵素回収ユニットから加水分解ユニットへの再利用ラインも含む。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは変換ユニットから再生可能材料を排出するための生成物ライン、および、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは分離ユニットから副産物を排出するための副産物ラインも含む。
【００１３】
第四の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適した溶菌酵素を再利用する方法を含む。本方法は、投入ストリームの残部から溶菌酵素を分離するために溶菌酵素を酵素吸着剤に吸着させる工程、および、酵素吸着剤から溶菌酵素を放出させる工程を含む。
【００１４】
第五の実施態様によれば、本発明は、本明細書において説明されるような、溶菌酵素を回収する吸着剤を用いて作製された再生可能材料、溶菌酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、および／または、酵素を再利用する方法を含む。
【００１５】
添付の図面（これは、本明細書に包含され、その一部を構成する）は本発明の実施態様を説明するものであり、詳細な説明と共に本発明の特徴、利点および原理を説明するのに役立つ。図面は以下の通りである：
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、一実施態様に従って、溶液中の酵素およびリグニンを示す。
【図２】図２は、一実施態様に従って、溶液中のリグニンに結合した酵素を示す。
【図３】図３は、一実施態様に従って、溶液中の酵素および吸着剤を示す。
【図４】図４は、一実施態様に従って、吸着剤に結合した酵素を示す。
【図５】図５は、一実施態様に従って、吸着剤から放出された酵素を示す。
【図６】図６は、一実施態様に従って、酵素回収ユニットを示す。
【図７】図７は、一実施態様に従って、酵素回収ユニットを説明する。
【図８】図８は、一実施態様に従って、バイオリファイナリーを示す。
【図９】図９は、一実施態様に従って、単一の酵素回収ユニットを有するバイオリファイナリーを示す。
【図１０】図１０は、一実施態様に従って、エタノールプラントを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および／または、再生可能材料を含む。
一実施態様によれば、本発明は、リグノセルロースの加水分解溶液から酵素を回収する用途を含んでもよい。このような用途は、バルクの加水分解溶液から酵素を除去するために、固体支持体に固定されたリグニンにセルラーゼ酵素を吸収させることを含んでもよい。またこのような用途は、例えばリグニン−酵素複合体を分解させて、セルラーゼ酵素が放出するように適切に緩衝化および／またはｐＨ調整された溶液に懸濁することも含んでいてもよい。
【００１８】
望ましくは（ただし必ずではないが）、リグニンと酵素との相互作用は、適切に折り畳まれたタンパク質に対する選択性をもたらすタンパク質コンフォメーションに依存し得る。セルラーゼ酵素の回収および再利用は、リグノセルロースの再生可能材料への変換の経済的な実効可能性を改善することができる。
【００１９】
一実施態様によれば、本発明は、溶菌酵素の回収および再利用方法を含んでもよい。固体支持体に固定されたリグニンを用いて、例えば、バルクの加水分解溶液から溶菌酵素を吸収することができる。固定されたリグニンと吸収された溶菌酵素を有する固体支持体は、適切に緩衝化および／またはｐＨ調整された水溶液に懸濁させることができる。この溶液は、リグニンと酵素との相互作用を阻害して、バルクの加水分解溶液に戻して再利用するための酵素を放出させることができる。溶菌酵素を再利用することによって、リグノセルロースを加水分解し、燃料および／または化学物質などの再生可能材料へ変換するのに必要な溶菌酵素の総量を少なくすることができる。
【００２０】
図１は、一実施態様に従って、溶液中の酵素１０およびリグニン１２を説明する。酵素１０は、折り畳まれれていてよく、セルロースおよび／またはヘミセルロースの加水分解に有用であることができる。リグニン１２は、あらゆる適切な源から得ることができ、例えば広葉樹、針葉樹および／または同種のものから得ることができる。適切なタイプのリグニン１２としては、クラフトリグニン、クラソン（ｋｌａｓｏｎ）リグニン、酸可溶性リグニン、酸不溶性リグニン、広葉樹リグニン、針葉樹リグニン、農業材料由来のリグニン、遺伝子組み換えリグニン、誘導体化リグニン、改変されたリグニン、および／または同種のものが挙げられる。リグニンはあらゆる適切な分子量を有していてもよく、例えば約１７００グラム／モルである。望ましくは、リグニン１２は、酵素１０を受け入れるためのあらゆる適切な数の部位または位置を含んでいてもよく、例えば少なくとも約１つの部位、少なくとも約２つの部位、少なくとも約３つの部位、少なくとも約５つの部位、少なくとも約１０個の部位等を含む。
【００２１】
図２は、一実施態様に従って、溶液中のリグニン１２に結合した酵素１０を説明する。酵素１０はリグニン１２の一部と相互作用して、例えば強いおよび／または弱い化学結合によって互いに結合した状態になることができる。望ましくは、リグニン１２および酵素１０は、特定の結合方向および／または結合位置を有する。
【００２２】
図３は、一実施態様に従って、溶液中の酵素１０および吸着剤１４を説明する。吸着剤１４は、酵素結合材料１８を基体１６上に配置した、および／または、基体１６に含浸させた基体１６を含む。望ましくは、吸着剤１４の粒子はそれぞれ、酵素１０と結合するための位置を複数含む。
【００２３】
図４は、一実施態様に従って、吸着剤１４に結合した酵素１０を説明する。望ましくは（ただし必ずではないが）、酵素結合材料１８は少なくとも基体１６に対して露出した部分を有する。
【００２４】
図５は、一実施態様に従って、吸着剤１４から放出された酵素１０を説明する。このような放出は、あらゆる適切な変化によって起こる可能性があり、例えばｐＨの変化、浸透圧モル濃度の変化、極性の変化、温度の変化などによって起こる。
【００２５】
図６は、一実施態様に従って、酵素回収ユニット２２を説明する。酵素回収ユニット２２は、酵素含有材料を酵素回収ユニット２２に供給するためのフィードライン２０を含む。酵素回収ユニット２２はまた、酵素回収ユニット２２に放出材料を供給するための再生ライン２４も含む。酵素回収ユニット２２はまた、酵素回収ユニット２２で捕捉されそこから放出された酵素１０（示さず）を送達するための再利用ライン２６も含む。酵素回収ユニット２２はまた、酵素回収ユニット２２からのフィード中に含まれるその他の材料を送達するための出口ライン２８も含む。上記その他の材料は、再生可能材料、糖類、炭水化物、生物燃料、副産物および／または同種のものを含みうる。
【００２６】
図７は、一実施態様に従って、酵素回収ユニット２２を説明する。酵素回収ユニット２２は、２つの充填層３０、ならびにそれに連結された配管および／またはバルブを含み、ここでこのような配管および／またはバルブは、例えば連続フローおよび／または並列フローで稼働させるためのものである。充填層３０は、適切であればどのようなフロー配列で使用してもよく、例えば上向流による吸着および上向流による再生、上向流による吸着および順流による再生、順流による吸着および順流による再生、これらの組み合わせ等のような配列で使用してもよい。
【００２７】
図８は、一実施態様に従って、バイオリファイナリー３２を説明する。バイオリファイナリー３２は、例えばリグノセルロース系材料を供給するための、加水分解ユニット３８に連結された供給材料ライン３４を含む。バイオリファイナリー３２はまた、加水分解ユニット３８に連結された新鮮な酵素用ライン３６も含み、このようなラインは、例えば補給用酵素を供給するためであってもよい。加水分解ユニット３８は、リグノセルロース系材料を分解または解重合するものであり、適切であればどのような前処理工程、プロセスおよび／または装置を含んでもよい。前処理は、化学的、機械的および／または熱的処理を含んでいてもよく、このような処理としては、例えばヘミセルロースをペントースまたは五炭糖に変換するための、酸および／または塩基の使用が挙げられる。加水分解ユニット３８は、セルロースをヘキソースまたは六炭糖に分解または解重合する。任意におよび／またはそれに加えて、加水分解ユニット３８はまた、例えばヘミセルラーゼを用いて、ヘミセルロースをペントースまたは五炭糖に分解または解重合してもよい。
【００２８】
バイオリファイナリー３２はまた、加水分解ユニット３８および変換ユニット４２に連結された再生可能ベース供給材料ライン４０も含み、これは例えば、ヘキソース含有材料を変換ユニット４２に流動させるためのものである。変換ユニット４２は、ヘキソースを再生可能材料４６と副産物材料４８とに変換し、これらは、変換ユニット４２および分離ユニット５０に連結された変換ユニットの流出物ライン４４中を流動する。再生可能材料４６は、バイオ燃料および／または同種のものであってもよい。副産物材料４８は、リグニンを含んでもよい。変換ユニット４２は、１またはそれより多くの発酵槽および／または１またはそれより多くの細胞培養装置を含んでもよい。
【００２９】
分離ユニット５０は、変換ユニットの流出物を、再生可能材料を含むライン５２と副産物ライン５４とに分離または分流させるために、機械的、熱的および／または化学的な原理を使用することができる。分離ユニット５０で遠心分離機を用いてもよい。再生可能材料を含むライン５２は、分離ユニット５０と酵素回収ユニット５６（例えば生成物酵素回収ユニット６６）とを連結させる。副産物ライン５４は、分離ユニット５０と酵素回収ユニット５６（例えば副産物酵素回収ユニット６８）とを連結させる。
【００３０】
再生ライン５８は酵素回収ユニット５６のそれぞれと連結しており、このようなユニットは例えば、酵素回収ユニット５６に放出材料を供給するためのものである。再利用ライン６０は酵素回収ユニット５６のそれぞれと連結しており、このようなユニットは例えば、回収または再利用された酵素を加水分解ユニット３８に供給するためのものである。
【００３１】
生成物ライン６２は生成物酵素回収ユニット６６と連結しており、このようなユニットは例えば、再生可能材料を流動させて貯蔵し、続いて販売などのために加工するためのものである。副産物ライン６４は副産物酵素回収ユニット６８と連結しており、このようなユニットは例えば、副産物材料を流動または移動させて貯蔵や廃棄処分などにするためのものである。１つの酵素回収ユニット５６を有するバイオリファイナリー３２の立体配置は、本発明の範囲内である（生成物ラインのみ、または副産物ラインのみ）。
【００３２】
図９は、一実施態様に従って、単一の酵素回収ユニット５６を有するバイオリファイナリー３２を説明する。バイオリファイナリー３２は加水分解ユニット３８に連結された供給材料ライン３４を含み、これは例えば、リグノセルロース系材料を供給するためのものである。バイオリファイナリー３２はまた、加水分解ユニット３８に連結された新鮮な酵素用ライン３６も含み、このようなラインは、例えば補給用酵素を供給するためであってもよい。
【００３３】
バイオリファイナリー３２はまた加水分解ユニット３８および変換ユニット４２に連結された再生可能ベース供給材料ライン４０も含み、これは例えば、ヘキソース含有材料を変換ユニット４２に流動させるためのものである。変換ユニット４２は、ヘキソースを再生可能材料４６と副産物材料４８とに変換し、これらはいずれも、酵素回収ユニット５６に連結された変換ユニットの流出物ライン４４中を流動する。
【００３４】
再生ライン５８は酵素回収ユニット５６と連結しており、これは例えば、酵素回収ユニット５６に放出材料を供給するためのものである。再利用ライン６０は酵素回収ユニット５６と連結しており、これは例えば、回収または再利用された酵素を加水分解ユニット３８に供給するためのものである。
【００３５】
生成物ライン６２は酵素回収ユニット５６と連結しており、これは例えば、再生可能材料と副産物とを分離ユニット５０に流動させるためのものである。分離ユニット５０は、酵素回収ユニットの流れを再生可能材料を含むライン５２と副産物ライン５４とに分離または分流させる。バイオリファイナリー３２のその他の立体配置は、本発明の範囲内である。
【００３６】
図１０は、一実施態様に従って、エタノールプラント８０を説明する。エタノールプラント８０は、供給材料を受け取り前処理ユニット８６に送るためのリグノセルロースライン８２を使用し、これは例えば、酸、塩基、水蒸気などでヘミセルロースを解重合するためのものである。前処理ユニット８６は、触媒ライン８４からの触媒を受け取り、さらに、ペントースライン８８は、例えばその後の処理または変換のために、前処理ユニット８６からの糖溶液を流動させる。前処理ユニット８６は、例えばセルロースおよびリグニンを流動させるためのセルロースライン９０で加水分解ユニット９４に連結されている。
【００３７】
加水分解ユニット９４は、酵素ライン９２から新鮮な酵素を受け取り、回収酵素ライン１１６および１２４からの酵素を再利用する。ヘキソース、リグニンおよび酵素は、加水分解ユニット９４からヘキソースライン９６中を流動し、発酵ユニット１００に連結される。
【００３８】
発酵ユニット１００は、生物ライン９８から生物を受け取る。生物は、細菌、菌類、藻類などを含んでいてもよい。発酵ユニット１００は、ヘキソースをエタノールに変換する。エタノール、リグニンおよび酵素は、発酵ユニット１００と分離ユニット１０４とを連結する発酵流出ライン１０２中を流動する。
【００３９】
分離ユニット１０４は、エタノールライン１０６およびリグニンライン１０８を用いて固体リグニンをエタノールと水とに分離する。分離ユニット１０４からの酵素は、エタノールとリグニンの両方と共に流動する。エタノールライン１０６は、分離ユニット１０４と、例えば一次酵素回収ユニット中の酵素回収塔１１２とを連結する。リグニンライン１０８は、分離ユニット１０４を二次酵素回収ユニット１１８と連結する。回収緩衝液ライン１１０および１２０は、放出材料を、酵素回収塔１１２と二次酵素回収ユニット１１８に供給する。
【００４０】
生成物のエタノールライン１１４は、例えば生成物の回収、蒸留、貯蔵等のために、酵素回収塔１１２からエタノールおよび水を流動させる。リグニンライン１２２は、例えばコンベヤー、オーガー、重力などによって、固体リグニンを流動または移動させる。図１０のカラム２本の立体配置は連続運転を提供することができるとともに、酵素が充填された使用済みベッドの再生も提供する。
【００４１】
再生可能材料は、広義には、自然の生態サイクルまたは資源で代用することができる源またはプロセスから少なくとも部分的に誘導された物質または物品を意味する。再生可能材料としては、広義には、化学物質、化学中間体、溶媒、単量体、オリゴマー、ポリマー、生物燃料、バイオ燃料中間体、バイオガソリン、バイオガソリンのブレンドストック、バイオディーゼル、環境に優しいディーゼル燃料（ｇｒｅｅｎ ｄｉｅｓｅｌ）、再生可能ディーゼル燃料、バイオディーゼルのブレンドストック、バイオディスティレートなどが挙げられる。望ましくは（ただし必ずではないが）、再生可能材料は、例えば植物、藻類、細菌、菌類などの生物から誘導されてもよい。
【００４２】
バイオ燃料は、広義には、例えば持続的な生産が可能であり、および／または、大気への正味の炭素放出を減少させた、または、それらの放出がない、再生可能資源から誘導された燃料または燃焼源として使用するのに適した成分またはストリームを意味する。再生可能資源は、採掘したり穴を開けたりして例えば地中から得られた材料を考慮に入れない場合がある。望ましくは、再生可能資源としては、単細胞生物、多細胞生物、植物、菌類、細菌、藻類、栽培された農作物、栽培ではない農作物、木材などが挙げられる。
【００４３】
バイオガソリンは、広義には、直接使用するか、および／または、ガソリンまたはオクタンのプールまたは再生可能資源から誘導された供給源にブレンドするのに適した成分またはストリームを意味し、例えばメタン、水素、合成ガス、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、エチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ヘキサノール、脂肪族化合物（直鎖、分岐鎖および／または環状）、ヘプタン、イソオクタン、シクロペンタン、芳香族化合物、エチルベンゼンなどが挙げられる。ブタノールは、広義には、１−ブタノール、２−ブタノール、イソ−ブタノール、その他の異性体のような生成物およびその誘導体を意味する。バイオガソリンは、例えば自動車用のガソリン内燃機関のような火花点火機関で使用することができる。一実施態様によれば、バイオガソリンおよび／またはバイオガソリンブレンドは、工業的に認められている燃料基準を満たしているか、または、それに準拠するものである。
【００４４】
バイオディーゼルは、広義には、直接使用するか、および／または、ディーゼルまたはセタンのプールまたは再生可能資源から誘導された供給源にブレンドするのに適した成分またはストリームを意味し、例えば脂肪酸エステル、トリグリセリド、脂質、脂肪族アルコール、アルカン、ナフサ、所定の蒸留温度範囲で得られる材料（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ ｒａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）、パラフィン系材料、芳香族材料、脂肪族化合物（直鎖、分岐鎖および／または環状）などである。バイオディーゼルは、圧縮点火機関、例えば自動車用ディーゼル内燃機関で使用することができる。あるいは、バイオディーゼルは、ガスタービン、ヒーター、ボイラーなどで使用することも可能である。一実施態様によれば、バイオディーゼルおよび／またはバイオディーゼルのブレンドは、工業的に認められている燃料基準を満たしているか、または、それに準拠するものである。
【００４５】
バイオディスティレートは、広義には、直接使用するか、および／または、再生可能資源から誘導された航空燃料（ジェット用）、潤滑剤のベースストック、ケロシン燃料などにブレンドするのに適しており、約１００℃〜約７００℃、約１５０℃〜約３５０℃などの範囲の沸点を有する成分またはストリームを意味する。
【００４６】
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素を回収する吸着剤を含んでもよい。本吸着剤は、基体と、基体に分散させた酵素結合材料とを含んでもよい。
【００４７】
溶菌（ｌｙｔｉｃ）は、広義には、破壊、分解、融解、溶解などのプロセスまたは工程を意味するか、または、それらに関する。
酵素は、広義には、化学反応、生化学反応など触媒する、および／または、それらを促進するタンパク質またはその他の適切な分子を意味する。酵素は、生物および／または合成プロセスによって生産することができる。適切な酵素は、あらゆる望ましい特性を有するものであり得る。適切な酵素としては、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、リグニナーゼ、エンド−セルラーゼ、エキソセルラーゼ、グルコシダーゼ、セロビオースデヒドロゲナーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、および／または、例えばセルロースをより低分子量の糖単位および／または単量体に加水分解するのに役立つ同種のものが挙げられる。
【００４８】
回収は、広義には、再使用、再利用、分離等のために元に戻すこと、および／または、その準備をする動作、プロセスおよび／または段階を意味する。
吸着剤は、広義には、原子または分子を例えば吸収、吸着、化学吸着、物理吸着、イオン交換等によって取り込み保持することができる物質を意味する。
【００４９】
吸収は、広義には、原子、分子および／またはイオンが、例えば気体、液体、固体材料などのバルク相に入り込む物理的プロセスおよび／または化学的プロセスを意味する。
吸着は、広義には、気体溶質および／または液体溶質が固体吸着剤および／または液体吸着剤の表面に蓄積する際に起こるプロセスを意味し、それによって例えば吸着物および／または同種のものとして分子または原子の薄層が形成される。
【００５０】
化学吸着は、広義には、吸着物と表面等との強い相互作用を特徴とする吸着の一つの分類を意味する。
物理吸着は、広義には、吸着物と表面等との弱いファンデルワールス力を特徴とする吸着の一分類を意味する。
【００５１】
イオン交換は、広義には、２つの電解質間でのイオンの変換または交換、電解質溶液と複合体または分子との間のイオンの変換または交換、および／または同種のものを意味する。
【００５２】
基体は、広義には、基礎となる支持体および／または土台を意味し、例えば主要部分の質が永久的に変らない物質および／または同種のものである。望ましくは、本吸着剤のための基体は、用いられる可能性があるプロセスまたは環境に対して少なくとも一般的に不活性である。また、基体が、基体の体積に対して少なくとも一般的に高い表面積を有することも望ましい場合がある。基体としては、あらゆる適切な材料および／または組成物が挙げられる。
【００５３】
基体の粒子または断片は、適切であればどのようなサイズおよび／または形状を有していてもよい。多孔質の基体は、比較的大きいサイズおよび／またはブロック形状を有していてもよい。あるいは、基体の粒子または断片は、少なくとも一般的に球状の形状を有していてもよい。基体粒子のサイズまたは有効径は、拡散プロセス等と相関しうる。基体の粒子は、約１マイクロメーター〜約１０センチメートル、約１ミリメートル〜約２センチメートルの有効径および／または同種の有効径を有してもよい。
【００５４】
酵素結合材料は、広義には、酵素またはその他の適切な分子と相互作用して、酵素を捕獲する、掴む、保持することができるあらゆる適切な物質および／または同種のものを意味する。このような結合相互作用は、あらゆる適切な力であってよく、例えばイオン結合、共有結合、水素結合、ファンデルワールス力、強い分子力、弱い分子力、物理的な力、機械的な力および／または同種のものが挙げられる。
【００５５】
分散された、とは、広義には、広範囲にわたり分配または散布させること、および／または、ばらまかれることを意味する。望ましくは、分散された状態とは、媒体または材料（例えば基体）の表面上に少なくとも比較的均一に分配させること、および／または、その中に全体的に含浸させることを含む。一実施態様によれば、酵素結合材料は、他のまたは追加の支持体媒体を含まないような基体それ自身であってもよい。
【００５６】
一実施態様によれば、基体は、アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、イオン交換樹脂、および／または同種のものを含んでいてもよい。
【００５７】
一実施態様によれば、酵素結合材料は、リグニンおよび／または同種のものを含んでいてもよい。望ましくは（ただし必ずではないが）、結合材料として用いられるリグニンは、供給材料の原料中のリグニンと異なっていてもよく、例えば、溶菌酵素は、供給材料の原料中のリグニンに対して低い結合効率を有するが、結合材料のリグニンに対してはそれより高い結合効率を有する。酵素の供給材料の原料への結合効率に対する酵素の結合材料への結合効率の比は、少なくとも約２：１、少なくとも約５：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約５０：１、および／または同種の比率であってもよい。
【００５８】
あるいは、酵素結合材料は、リグニンの高分子の基礎構造を含んでいてもよく、例えば、パラクマリルアルコール、コニフェリルアルコール、シナピルアルコール、および／または同種のものを含んでいてもよい。酵素結合材料のためにリグニンとリグニンの高分子の基礎構造とを組み合わせることは、本発明の範囲内である。
【００５９】
一実施態様によれば、酵素結合材料は、約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位、約１，０００原子質量単位〜約１００，０００原子質量単位、約５，０００原子質量単位〜約５０，０００原子質量単位の平均分子量、および／またはそれと類似の平均分子量を有していてもよい。
【００６０】
酵素結合材料は、モル濃度に基づき、および／またはその他の適切な単位に基づき、適切であればどのような酵素結合効率を有していてもよい。酵素結合効率は、広義には、例えば酵素が酵素結合材料と接触したときに、酵素結合材料によって捕獲および／または保持された酵素の量を意味する。一実施態様によれば、酵素結合材料は、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約７０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約８０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約９０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約９５パーセントの結合効率、および／または同種の結合効率を有する。
【００６１】
望ましくは（ただし必ずではないが）、酵素結合材料は、溶菌酵素を可逆的に吸着しており、それにより、例えば条件および／または操作を変化させた際に酵素が放出されるようになる。一実施態様によれば、溶菌酵素を可逆的に吸着する動作または工程により、結合した酵素の少なくとも約７０パーセント、結合した酵素の少なくとも約８０パーセント、結合した酵素の少なくとも約９０パーセント、結合した酵素の少なくとも約９５パーセントが、再利用または処理等のために生じるか、得られる。溶菌酵素の多少の損失または分解が起こる可能性がある。
【００６２】
適切であればどのような工程または動作で酵素結合材料から溶菌酵素を放出または遊離させてもよく、このような工程または動作としては、例えばｐＨの変化、温度変化、緩衝液の変化、溶媒の極性の変化、および／またはそれと同種の変化を適用させることが挙げられる。ｐＨの変化としては、例えばｐＨ調節剤（酸または塩基）を用いて中性の状態から酸性条件および／または塩基性条件にすることが挙げられる。温度の変化としては、例えば温度を約１０℃上げることが挙げられる。緩衝液の変化としては、例えば溶液に異なる塩を添加することが挙げられる。溶媒の極性の変化としては、例えば水溶液からアルコール溶液に変化させることが挙げられる。酵素を放出させる工程において、酵素の分解および／または損失を最小化するように努めることが望ましい。
【００６３】
一実施態様によれば、本発明は、上述の吸着剤を用いて作製された、または、それらから作製された再生可能材料を含んでもよい。
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素回収ユニットを含んでもよい。本ユニットは、溶菌酵素含有フィードストリームを受け取るためのフィードライン、および、溶菌酵素を吸着するための酵素吸着剤を有する少なくとも１つの酵素回収装置を含んでもよい。少なくとも１つの酵素回収装置は、フィードラインと流体接続していてもよい。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置に放出材料を供給するための再生ラインも含んでいてもよい。再生ラインは、少なくとも１つの酵素回収装置と流体接続していてもよい。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置から溶菌酵素を除去するための再利用ラインも含んでいてもよい。再利用ラインは、酵素回収装置と流体接続していてもよい。
【００６４】
ユニットは、広義には、プロセスまたは作業で用いられる器具または装置の１個またはそれより多くの部品を意味する。酵素回収ユニットは、例えば、ストリームから酵素を取り除き、および／または、回収し、続いてそれらを再使用のために提供または供給することができる。
【００６５】
ラインは、広義には、物質または材料をやり取りしたり、および／または、運搬するための装置を意味し、例えばパイプ、チャンネル、ダクト、通路および／または同種のものである。フィードラインは、例えば、本ユニットに注入口を提供することができ、それにより溶菌酵素が再利用できるようになる。再生ラインは、例えば、放出材料を提供して、酵素を再利用するために解離させることができる。再利用ラインは、例えば、ユニットからの溶菌酵素の出口を提供することができる。
【００６６】
ストリームは、広義には、材料または物質のフローまたは流れを意味する。
酵素回収装置は、広義には、ストリームから酵素を捕捉するためのあらゆる適切なプロセス、器具または装置を意味する。酵素回収装置は、吸着材を含んでいてもよく、このような吸着材としては、例えば充填層、充填カラム、流動床、および／または同種のものが挙げられる。酵素回収装置は、複数の容器を含んでいてもよく、例えば、１個またはそれより多くの（オンラインの）吸着モードの容器、１個またはそれより多くの（準備が完了した）スタンバイモードの容器、１個またはそれより多くの（オフラインの）再生モードの容器および／または同種の容器を含んでいてもよい。
【００６７】
一実施態様によれば、少なくとも１つの酵素回収装置は２またはそれより多くの充填層を含み、それぞれ吸着モードと再生モードとで機能することができる。
少なくとも１つの酵素回収装置で用いられる吸着剤は、適切であればどのような材料を含んでいてもよい。一実施態様によれば、酵素吸着剤は、リグニン、または、例えばパラクマリルアルコール、コニフェリルアルコール、シナピルアルコールなどのリグニン高分子構造の酵素結合材料を含んでいてもよい。酵素吸着剤はまた、酵素結合材料を支持するための基体も含んでいてもよく、このような基体は、アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、イオン交換樹脂の基体、および／または同種のものである。酵素結合材料は、例えば約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位の平均分子量を有していてもよい。
【００６８】
一実施態様によれば、少なくとも１つの酵素回収装置で用いられる酵素吸着剤は、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの可逆結合効率を有していてもよい。
再生ラインからの放出材料は、捕捉された酵素を解離させるのに適したあらゆる動作または工程を提供してもよく、例えばｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、溶媒の極性の変化、および／または同種の変化を提供してもよい。
【００６９】
一実施態様によれば、フィードストリームはまた、例えば発酵ユニットからの、再生可能ベース材料または副産物材料、および／または同種のものも含んでいてもよい。フィードストリーム中の再生可能ベース材料は、あらゆる適切な物質を含む可能性があり、このような物質としては、例えばエタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、プロピオン酸、上述の生物燃料のいずれか、および／または同種のものが挙げられる。
【００７０】
一実施態様によれば、フィードストリームはまた、リグノセルロースの加水分解物、例えば炭水化物、単糖類、二糖類、三糖類、多糖類および／または同種のものを含んでいてもよい。
【００７１】
一実施態様によれば、本発明は、上述の溶菌酵素回収ユニットで製造された、または、それによって製造された再生可能材料を含んでもよい。
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適したリグノセルロースのバイオリファイナリーを含んでもよい。本バイオリファイナリーは、溶菌酵素の使用によりセルロースおよび／またはヘミセルロースを再生可能ベース供給材料へと解重合させるための加水分解ユニット、および、再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するための変換ユニットを含んでいてもよい。本バイオリファイナリーはまた、変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料を含むストリームと副産物ストリームを形成する分離ユニット、および、変換ユニットの流出物、再生可能材料を含むストリームまたは副産物ストリームを受け取る少なくとも１つの酵素回収ユニットも含んでいてもよい。少なくとも１つの酵素回収ユニットは、再利用のために溶菌酵素を吸収することができる。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットから溶菌酵素を放出させるための放出材料を供給する再生ライン、および、溶菌酵素を再利用するための少なくとも１つの酵素回収ユニットから加水分解ユニットへの再利用ラインも含んでいてもよい。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは変換ユニットから再生可能材料を排出するための生成物ライン、および、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは分離ユニットから副産物を排出するための副産物ラインも含んでいてもよい。
【００７２】
バイオリファイナリーは、広義には、再生可能材料を生産するのに用いられるプラントまたはユニットの集合体を意味する。
リグノセルロース系とは、広義には、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、および／または同種のものを含むものを意味し、例えば植物原料である。リグノセルロース系材料としては、あらゆる適切な材料が挙げられ、例えば蔗糖、サトウキビの絞りかす、サトウキビの絞りかす燃料、米、稲わら、穀類、穀類の茎や葉、コムギ、麦わら、トウモロコシ、トウモロコシの茎や葉、モロコシ、モロコシの茎や葉、サトウモロコシ（ｓｗｅｅｔ ｓｏｒｇｈｕｍ）、サトウモロコシの茎や葉、綿繊維をとったあとの残り、砂糖大根、砂糖大根パルプ、ダイズ、ナタネ、ジャトロファ、アメリカクサキビ、ススキ、その他のイネ科植物、木材、針葉樹、広葉樹、廃材、おがくず、紙、廃棄の紙、農業廃棄物、都市ごみ、その他のあらゆる適切なバイオマス材料、および／または同種のものが挙げられる。
【００７３】
本バイオリファイナリーのユニットおよび／またはラインは、上述したいずれかの、および／または全ての特徴および／または特色を含んでいてもよい。
加水分解ユニットは、溶菌酵素を使用することによって、リグニン、セルロースおよび／またはヘミセルロースを再生可能ベース供給材料に解重合するためのあらゆる適切な工程、器具および／またはプロセスを含んでいてもよい。望ましくは、再生可能ベース供給材料は、六炭糖および五炭糖（それぞれヘキソースおよびペントース）、グルコース、キシロース、および／または、再生可能材料に変換することができるその他の材料を含んでいてもよい。加水分解ユニットはまた、化学的、熱的および／または機械的なシステムのためのあらゆる適切な前処理プロセスまたは器具を含んでいてもよく、例えば、水蒸気との接触（温度）、酸との接触、塩基との接触、粉砕、細断等のためのあらゆる適切な前処理プロセスまたは器具を含んでいてもよい。加水分解ユニットは、容器、反応装置、タンク、たらいのような容器、かきまぜ機、バブラー、および／または同種のものを含んでいてもよい。加水分解ユニットは、再利用酵素ラインから回収された酵素または再利用の酵素を受け取ることができる。また、新鮮な酵素または新しい酵素が加水分解ユニットに供給されてもよい。
【００７４】
解重合は、広義には、何かより大きいものを処理して、それより小さい単位または断片に分解することを意味する。解重合には、化学結合を破壊または切断することが含まれていてもよく、それによって例えば高分子の主鎖または鎖から単量体（１単位）を放出することができる。また解重合は、二量体（２つの単位）、三量体（３つの単位）、四量体（４つの単位）、その他のあらゆる適切なオリゴマー（複数の単位）および／または同種のものを生成してもよく、例えば中間体および／または最終的な生成物を生成してもよい。
【００７５】
リグニンは、広義には、植物中の二次細胞壁の一部を構成してもよいバイオポリマーを意味し、例えばヘミセルロースに共有結合していてもよい複雑な高度に架橋された芳香族ポリマーである。
【００７６】
ヘミセルロースは、広義には、大部分がペントースで構成される分岐状の糖高分子を意味し、これらは例えば全般的にランダムな無定形構造を有していてもよく、典型的には何十万ものペントース単位を含むものもある。
【００７７】
セルロースは、広義には、式（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｚ（式中ｚは、あらゆる適切な整数である）で示される有機化合物を意味する。例えば、セルロースは、直鎖の数百から１万を超えるヘキソース単位と高度な結晶構造を有する多糖類を含んでいてもよい。
【００７８】
変換ユニットは、再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するためのあらゆる適切な工程、器具および／またはプロセスを含んでいてもよい。一実施態様によれば、変換ユニットは、発酵プロセスおよび／または細胞培養プロセスを利用する。
【００７９】
発酵は、広義には、最終的な電子供与体が酸素ではない炭水化物の代謝を意味し、例えば嫌気的な炭水化物の代謝である。発酵は、高エネルギー化合物の酵素によって制御された嫌気性分解を含んでいてもよく、例えば炭水化物を二酸化炭素とアルコールおよび／または有機酸とに分解することを含んでいてもよい。あるいは、発酵は、広義には、生物学的に制御された有機化合物の変換を意味する。発酵プロセスではあらゆる適切な生物を用いることができ、例えば細菌、菌類、藻類、および／または同種のものを用いることができる。適切な発酵プロセスは、天然に存在する生物を含んでいてもよいし、および／または、遺伝子組換え生物を含んでいてもよい。
【００８０】
細胞培養は、広義には、最終的な電子供与体が酸素である炭水化物の代謝を意味し、例えば好気的な炭水化物の代謝である。細胞培養プロセスではあらゆる適切な生物を用いることができ、例えば細菌、菌類、藻類、および／または同種のものを用いることができる。適切な細胞培養プロセスは、天然に存在する生物を含んでいてもよいし、および／または、遺伝子組換え生物を含んでいてもよい。
【００８１】
分離ユニットは、変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料含有ストリームと副産物ストリームを形成するための、あらゆる適切な工程、器具および／またはプロセスを含んでいてもよい。分離ユニットは、１またはそれより多くの蒸留塔、充填層、機械的な装置、遠心分離機、および／または同種のものを含んでいてもよい。
【００８２】
一実施態様によれば、少なくとも１つの酵素回収ユニットが、生成物酵素回収ユニットと、副産物酵素回収ユニットとを含んでいてもよい。生成物酵素回収ユニットおよび副産物酵素回収ユニットは、器具および／またはプロセスの部品を共有していてもよいし、または、それらを組み合わせてもよい。生成物酵素回収ユニットは、例えばバイオ燃料のような再生可能生成物のストリームから酵素を回収することができる。副産物酵素回収ユニットは、例えばリグニンのような副産物ストリームから酵素を回収することができる。
【００８３】
本バイオリファイナリーは、あらゆる適切な単位に基づきあらゆる適切な量の再利用された酵素を使用することが可能であり、例えば、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約３５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約４５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約５５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約６５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約７５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約８５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約９５質量パーセントおよび／またはそれと類似の割合が再利用された酵素を含む。
【００８４】
一実施態様によれば、本バイオリファイナリーは、リグノセルロース系供給材料を使用して、エタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、プロピオン酸および／または同種のものを生産することができる。
【００８５】
一実施態様によれば、本発明は、上述の本バイオリファイナリーで製造された、または、それによって製造された再生可能材料を含んでもよい。
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適した溶菌酵素を再利用する方法を含んでもよい。本方法は、投入ストリームの残りから溶菌酵素を分離するために溶菌酵素を酵素吸着剤に吸着させる工程、および、酵素吸着剤から溶菌酵素を放出させる工程を含んでもよい。
【００８６】
溶菌酵素を吸着する工程は、適切であればどのような効率を有していてもよく、例えばモル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントおよび／またはそれと類似の割合を有する。
【００８７】
溶菌酵素を放出させる工程は、例えばｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、溶媒の極性の変化、および／または同種の変化のようなあらゆる適切な変化を含んでいてもよい。
【００８８】
本方法はまた、セルロースまたはヘミセルロースを変換可能な材料に加水分解するために溶菌酵素を添加する工程、および、変換可能な材料を再生可能材料に変換する工程も含んでいてもよい。本方法はまた、再生可能材料から副産物を分離する工程、および、追加の加水分解に使用するために放出された酵素を戻す工程も含んでいてもよい。
【００８９】
一実施態様によれば、本発明は、上述の方法で製造された、または、それによって製造された再生可能材料を含んでもよい。
本発明の範囲は単に溶菌酵素だけに限定されることはなく、概してその他の酵素または分子にも適用可能である。同様に本発明の範囲は再生可能材料の生産だけに限定されることはなく、概してその他の方法および／または適用と共に適用または使用することが可能である。
【００９０】
当業者であれば当然のことながら、開示された構造および方法において、本発明の範囲または本質から逸脱することなく様々な改変およびバリエーションが可能である。具体的に言えば、いずれの一実施態様の説明も、説明またはその他の実施態様と自由に組み合わせることができ、それにより２またはそれより多くの要素または限定の組み合わせおよび／またはバリエーションを得ることができる。本発明のその他の実施態様は、明細書の考察や本明細書において開示された本発明の実施から当業者には明らかであると予想される。本明細書は単に一例とみなすこととし、本発明の本当の範囲および本質は以下の請求項で示される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および再生可能材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油の供給が厳しくなりエネルギーの値段が高騰していること、それに加えて再生不可能な資源に関する環境問題のために、再生可能材料および／または生物燃料に対してかなり関心が高まっており、調査が促進されてきた。また、炭素の放出と温室効果ガスを減らす努力も、再生可能材料および／または生物燃料への投資を活発にしてきた。
【０００３】
再生可能材料生産にかかるコストの分野の１つは、加水分解酵素である。Stephanopoulosの“Challenges in Engineering Microbes for Biofuels Production”では、「セルロース分解酵素にかかるコストが実質的に減少しているにもかかわらず、バイオマスからの糖放出はなお高コストで時間がかかるものであり、これがおそらく全プロセス中で最も深刻である」と述べられている。
【０００４】
Himmel et al, Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels productionでは、「現在のところ、生物燃料のコスト競争力のある生産は、バイオマス供給材料とバイオマスを糖類に変換するプロセスのコスト、すなわちバイオリファイナリーにおける熱化学的な前処理と酵素の加水分解ユニットの運転にかかるコストが高いことによって阻まれている」と述べられている。
【０００５】
Sticklen, Plant genetic engineering to improve biomass characteristics for biofuelsでは、「アルコール燃料の生産に使用するための発酵性糖を農作物のバイオマスから誘導できるというアイデアは米国連邦政府には評判が良かったが、バイオマスリファイナリーの経済面での主要な欠点には、リグノセルロース系物質の前処理、および、バイオマスのセルロースを発酵性糖に変換するのに必要な微生物セルラーゼの生産コストが含まれる」と述べられている。
【０００６】
国立再生可能エネルギー研究所（National Renewable Energy Laboratory）によって公開された、Aden et al., Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stoverでは、供給材料にトウモロコシの茎や葉を用いたエタノールプラントのプロセス設計が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Stephanopoulos, Challenges in Engineering Microbes for Biofuels Production
【非特許文献２】Himmel et al, Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels production
【非特許文献３】Sticklen, Plant genetic engineering to improve biomass characteristics for biofuels
【非特許文献４】Aden et al., Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のようなプロセスの改善があったとしても、使用酵素のコストを低くし、より費用効率が高い方式で再生可能材料を生産する必要と要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および再生可能材料に関する。本発明は、使用酵素のコストを低くし、より費用効率が高い方式で再生可能材料を生産することが可能である。加水分解酵素は触媒として作用し、リグノセルロース系材料を解重合する反応中で消費されない。このような酵素を再利用する方法は、運転費用と再生可能材料の生産コストを低くすることができる。
【００１０】
第一の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素（ｌｙｔｉｃ ｅｎｚｙｍｅ）を回収する吸着剤を含む。本吸着剤は、基体と、基体に分散している酵素結合材料とを含む。
【００１１】
第二の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素回収ユニットを含む。本ユニットは、溶菌酵素含有フィードストリームを受け取るためのフィードライン、および、溶菌酵素を吸着するための酵素吸着剤を有する少なくとも１つの酵素回収装置を含み、ここで少なくとも１つの酵素回収装置は、上記フィードラインに流体接続する。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置に放出材料を供給するための再生ラインも含み、ここでこの再生ラインは、少なくとも１つの酵素回収装置に流体接続する。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置から溶菌酵素を取り除くための再利用ラインも含み、ここでこの再利用ラインは、酵素回収装置に流体接続する。
【００１２】
第三の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適したリグノセルロースのバイオリファイナリーを含む。本バイオリファイナリーは、溶菌酵素の使用によりセルロースおよびヘミセルロースを再生可能ベース供給材料へと解重合させるための加水分解ユニット、および、再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するための変換ユニットを含む。本バイオリファイナリーはまた、変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料を含むストリームと副産物ストリームを形成するための分離ユニット、および、再生可能材料を含むストリームまたは副産物ストリームのいずれかを受け取る少なくとも１つの酵素回収ユニットも含み、ここでこの少なくとも１つの酵素回収ユニットは、再利用するために溶菌酵素を吸着する。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットから溶菌酵素を放出させるための放出材料を供給する再生ライン、および、溶菌酵素を再利用するための少なくとも１つの酵素回収ユニットから加水分解ユニットへの再利用ラインも含む。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは変換ユニットから再生可能材料を排出するための生成物ライン、および、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは分離ユニットから副産物を排出するための副産物ラインも含む。
【００１３】
第四の実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適した溶菌酵素を再利用する方法を含む。本方法は、投入ストリームの残部から溶菌酵素を分離するために溶菌酵素を酵素吸着剤に吸着させる工程、および、酵素吸着剤から溶菌酵素を放出させる工程を含む。
【００１４】
第五の実施態様によれば、本発明は、本明細書において説明されるような、溶菌酵素を回収する吸着剤を用いて作製された再生可能材料、溶菌酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、および／または、酵素を再利用する方法を含む。
【００１５】
添付の図面（これは、本明細書に包含され、その一部を構成する）は本発明の実施態様を説明するものであり、詳細な説明と共に本発明の特徴、利点および原理を説明するのに役立つ。図面は以下の通りである：
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、一実施態様に従って、溶液中の酵素およびリグニンを示す。
【図２】図２は、一実施態様に従って、溶液中のリグニンに結合した酵素を示す。
【図３】図３は、一実施態様に従って、溶液中の酵素および吸着剤を示す。
【図４】図４は、一実施態様に従って、吸着剤に結合した酵素を示す。
【図５】図５は、一実施態様に従って、吸着剤から放出された酵素を示す。
【図６】図６は、一実施態様に従って、酵素回収ユニットを示す。
【図７】図７は、一実施態様に従って、酵素回収ユニットを説明する。
【図８】図８は、一実施態様に従って、バイオリファイナリーを示す。
【図９】図９は、一実施態様に従って、単一の酵素回収ユニットを有するバイオリファイナリーを示す。
【図１０】図１０は、一実施態様に従って、エタノールプラントを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、酵素を回収する吸着剤、酵素回収ユニット、リグノセルロースのバイオリファイナリー、酵素を再利用する方法、および／または、再生可能材料を含む。
一実施態様によれば、本発明は、リグノセルロースの加水分解溶液から酵素を回収する用途を含んでもよい。このような用途は、バルクの加水分解溶液から酵素を除去するために、固体支持体に固定されたリグニンにセルラーゼ酵素を吸収させることを含んでもよい。またこのような用途は、例えばリグニン−酵素複合体を分解させて、セルラーゼ酵素が放出するように適切に緩衝化および／またはｐＨ調整された溶液に懸濁することも含んでいてもよい。
【００１８】
望ましくは（ただし必ずではないが）、リグニンと酵素との相互作用は、適切に折り畳まれたタンパク質に対する選択性をもたらすタンパク質コンフォメーションに依存し得る。セルラーゼ酵素の回収および再利用は、リグノセルロースの再生可能材料への変換の経済的な実効可能性を改善することができる。
【００１９】
一実施態様によれば、本発明は、溶菌酵素の回収および再利用方法を含んでもよい。固体支持体に固定されたリグニンを用いて、例えば、バルクの加水分解溶液から溶菌酵素を吸収することができる。固定されたリグニンと吸収された溶菌酵素を有する固体支持体は、適切に緩衝化および／またはｐＨ調整された水溶液に懸濁させることができる。この溶液は、リグニンと酵素との相互作用を阻害して、バルクの加水分解溶液に戻して再利用するための酵素を放出させることができる。溶菌酵素を再利用することによって、リグノセルロースを加水分解し、燃料および／または化学物質などの再生可能材料へ変換するのに必要な溶菌酵素の総量を少なくすることができる。
【００２０】
図１は、一実施態様に従って、溶液中の酵素１０およびリグニン１２を説明する。酵素１０は、折り畳まれれていてよく、セルロースおよび／またはヘミセルロースの加水分解に有用であることができる。リグニン１２は、あらゆる適切な源から得ることができ、例えば広葉樹、針葉樹および／または同種のものから得ることができる。適切なタイプのリグニン１２としては、クラフトリグニン、クラソン（ｋｌａｓｏｎ）リグニン、酸可溶性リグニン、酸不溶性リグニン、広葉樹リグニン、針葉樹リグニン、農業材料由来のリグニン、遺伝子組み換えリグニン、誘導体化リグニン、改変されたリグニン、および／または同種のものが挙げられる。リグニンはあらゆる適切な分子量を有していてもよく、例えば約１７００グラム／モルである。望ましくは、リグニン１２は、酵素１０を受け入れるためのあらゆる適切な数の部位または位置を含んでいてもよく、例えば少なくとも約１つの部位、少なくとも約２つの部位、少なくとも約３つの部位、少なくとも約５つの部位、少なくとも約１０個の部位等を含む。
【００２１】
図２は、一実施態様に従って、溶液中のリグニン１２に結合した酵素１０を説明する。酵素１０はリグニン１２の一部と相互作用して、例えば強いおよび／または弱い化学結合によって互いに結合した状態になることができる。望ましくは、リグニン１２および酵素１０は、特定の結合方向および／または結合位置を有する。
【００２２】
図３は、一実施態様に従って、溶液中の酵素１０および吸着剤１４を説明する。吸着剤１４は、酵素結合材料１８を基体１６上に配置した、および／または、基体１６に含浸させた基体１６を含む。望ましくは、吸着剤１４の粒子はそれぞれ、酵素１０と結合するための位置を複数含む。
【００２３】
図４は、一実施態様に従って、吸着剤１４に結合した酵素１０を説明する。望ましくは（ただし必ずではないが）、酵素結合材料１８は少なくとも基体１６に対して露出した部分を有する。
【００２４】
図５は、一実施態様に従って、吸着剤１４から放出された酵素１０を説明する。このような放出は、あらゆる適切な変化によって起こる可能性があり、例えばｐＨの変化、浸透圧モル濃度の変化、極性の変化、温度の変化などによって起こる。
【００２５】
図６は、一実施態様に従って、酵素回収ユニット２２を説明する。酵素回収ユニット２２は、酵素含有材料を酵素回収ユニット２２に供給するためのフィードライン２０を含む。酵素回収ユニット２２はまた、酵素回収ユニット２２に放出材料を供給するための再生ライン２４も含む。酵素回収ユニット２２はまた、酵素回収ユニット２２で捕捉されそこから放出された酵素１０（示さず）を送達するための再利用ライン２６も含む。酵素回収ユニット２２はまた、酵素回収ユニット２２からのフィード中に含まれるその他の材料を送達するための出口ライン２８も含む。上記その他の材料は、再生可能材料、糖類、炭水化物、生物燃料、副産物および／または同種のものを含みうる。
【００２６】
図７は、一実施態様に従って、酵素回収ユニット２２を説明する。酵素回収ユニット２２は、２つの充填層３０、ならびにそれに連結された配管および／またはバルブを含み、ここでこのような配管および／またはバルブは、例えば連続フローおよび／または並列フローで稼働させるためのものである。充填層３０は、適切であればどのようなフロー配列で使用してもよく、例えば上向流による吸着および上向流による再生、上向流による吸着および順流による再生、順流による吸着および順流による再生、これらの組み合わせ等のような配列で使用してもよい。
【００２７】
図８は、一実施態様に従って、バイオリファイナリー３２を説明する。バイオリファイナリー３２は、例えばリグノセルロース系材料を供給するための、加水分解ユニット３８に連結された供給材料ライン３４を含む。バイオリファイナリー３２はまた、加水分解ユニット３８に連結された新鮮な酵素用ライン３６も含み、このようなラインは、例えば補給用酵素を供給するためであってもよい。加水分解ユニット３８は、リグノセルロース系材料を分解または解重合するものであり、適切であればどのような前処理工程、プロセスおよび／または装置を含んでもよい。前処理は、化学的、機械的および／または熱的処理を含んでいてもよく、このような処理としては、例えばヘミセルロースをペントースまたは五炭糖に変換するための、酸および／または塩基の使用が挙げられる。加水分解ユニット３８は、セルロースをヘキソースまたは六炭糖に分解または解重合する。任意におよび／またはそれに加えて、加水分解ユニット３８はまた、例えばヘミセルラーゼを用いて、ヘミセルロースをペントースまたは五炭糖に分解または解重合してもよい。
【００２８】
バイオリファイナリー３２はまた、加水分解ユニット３８および変換ユニット４２に連結された再生可能ベース供給材料ライン４０も含み、これは例えば、ヘキソース含有材料を変換ユニット４２に流動させるためのものである。変換ユニット４２は、ヘキソースを再生可能材料４６と副産物材料４８とに変換し、これらは、変換ユニット４２および分離ユニット５０に連結された変換ユニットの流出物ライン４４中を流動する。再生可能材料４６は、バイオ燃料および／または同種のものであってもよい。副産物材料４８は、リグニンを含んでもよい。変換ユニット４２は、１またはそれより多くの発酵槽および／または１またはそれより多くの細胞培養装置を含んでもよい。
【００２９】
分離ユニット５０は、変換ユニットの流出物を、再生可能材料を含むライン５２と副産物ライン５４とに分離または分流させるために、機械的、熱的および／または化学的な原理を使用することができる。分離ユニット５０で遠心分離機を用いてもよい。再生可能材料を含むライン５２は、分離ユニット５０と酵素回収ユニット５６（例えば生成物酵素回収ユニット６６）とを連結させる。副産物ライン５４は、分離ユニット５０と酵素回収ユニット５６（例えば副産物酵素回収ユニット６８）とを連結させる。
【００３０】
再生ライン５８は酵素回収ユニット５６のそれぞれと連結しており、このようなユニットは例えば、酵素回収ユニット５６に放出材料を供給するためのものである。再利用ライン６０は酵素回収ユニット５６のそれぞれと連結しており、このようなユニットは例えば、回収または再利用された酵素を加水分解ユニット３８に供給するためのものである。
【００３１】
生成物ライン６２は生成物酵素回収ユニット６６と連結しており、このようなユニットは例えば、再生可能材料を流動させて貯蔵し、続いて販売などのために加工するためのものである。副産物ライン６４は副産物酵素回収ユニット６８と連結しており、このようなユニットは例えば、副産物材料を流動または移動させて貯蔵や廃棄処分などにするためのものである。１つの酵素回収ユニット５６を有するバイオリファイナリー３２の立体配置は、本発明の範囲内である（生成物ラインのみ、または副産物ラインのみ）。
【００３２】
図９は、一実施態様に従って、単一の酵素回収ユニット５６を有するバイオリファイナリー３２を説明する。バイオリファイナリー３２は加水分解ユニット３８に連結された供給材料ライン３４を含み、これは例えば、リグノセルロース系材料を供給するためのものである。バイオリファイナリー３２はまた、加水分解ユニット３８に連結された新鮮な酵素用ライン３６も含み、このようなラインは、例えば補給用酵素を供給するためであってもよい。
【００３３】
バイオリファイナリー３２はまた加水分解ユニット３８および変換ユニット４２に連結された再生可能ベース供給材料ライン４０も含み、これは例えば、ヘキソース含有材料を変換ユニット４２に流動させるためのものである。変換ユニット４２は、ヘキソースを再生可能材料４６と副産物材料４８とに変換し、これらはいずれも、酵素回収ユニット５６に連結された変換ユニットの流出物ライン４４中を流動する。
【００３４】
再生ライン５８は酵素回収ユニット５６と連結しており、これは例えば、酵素回収ユニット５６に放出材料を供給するためのものである。再利用ライン６０は酵素回収ユニット５６と連結しており、これは例えば、回収または再利用された酵素を加水分解ユニット３８に供給するためのものである。
【００３５】
生成物ライン６２は酵素回収ユニット５６と連結しており、これは例えば、再生可能材料と副産物とを分離ユニット５０に流動させるためのものである。分離ユニット５０は、酵素回収ユニットの流れを再生可能材料を含むライン５２と副産物ライン５４とに分離または分流させる。バイオリファイナリー３２のその他の立体配置は、本発明の範囲内である。
【００３６】
図１０は、一実施態様に従って、エタノールプラント８０を説明する。エタノールプラント８０は、供給材料を受け取り前処理ユニット８６に送るためのリグノセルロースライン８２を使用し、これは例えば、酸、塩基、水蒸気などでヘミセルロースを解重合するためのものである。前処理ユニット８６は、触媒ライン８４からの触媒を受け取り、さらに、ペントースライン８８は、例えばその後の処理または変換のために、前処理ユニット８６からの糖溶液を流動させる。前処理ユニット８６は、例えばセルロースおよびリグニンを流動させるためのセルロースライン９０で加水分解ユニット９４に連結されている。
【００３７】
加水分解ユニット９４は、酵素ライン９２から新鮮な酵素を受け取り、回収酵素ライン１１６および１２４からの酵素を再利用する。ヘキソース、リグニンおよび酵素は、加水分解ユニット９４からヘキソースライン９６中を流動し、発酵ユニット１００に連結される。
【００３８】
発酵ユニット１００は、生物ライン９８から生物を受け取る。生物は、細菌、菌類、藻類などを含んでいてもよい。発酵ユニット１００は、ヘキソースをエタノールに変換する。エタノール、リグニンおよび酵素は、発酵ユニット１００と分離ユニット１０４とを連結する発酵流出ライン１０２中を流動する。
【００３９】
分離ユニット１０４は、エタノールライン１０６およびリグニンライン１０８を用いて固体リグニンをエタノールと水とに分離する。分離ユニット１０４からの酵素は、エタノールとリグニンの両方と共に流動する。エタノールライン１０６は、分離ユニット１０４と、例えば一次酵素回収ユニット中の酵素回収塔１１２とを連結する。リグニンライン１０８は、分離ユニット１０４を二次酵素回収ユニット１１８と連結する。回収緩衝液ライン１１０および１２０は、放出材料を、酵素回収塔１１２と二次酵素回収ユニット１１８に供給する。
【００４０】
生成物のエタノールライン１１４は、例えば生成物の回収、蒸留、貯蔵等のために、酵素回収塔１１２からエタノールおよび水を流動させる。リグニンライン１２２は、例えばコンベヤー、オーガー、重力などによって、固体リグニンを流動または移動させる。図１０のカラム２本の立体配置は連続運転を提供することができるとともに、酵素が充填された使用済みベッドの再生も提供する。
【００４１】
再生可能材料は、広義には、自然の生態サイクルまたは資源で代用することができる源またはプロセスから少なくとも部分的に誘導された物質または物品を意味する。再生可能材料としては、広義には、化学物質、化学中間体、溶媒、単量体、オリゴマー、ポリマー、生物燃料、バイオ燃料中間体、バイオガソリン、バイオガソリンのブレンドストック、バイオディーゼル、環境に優しいディーゼル燃料（ｇｒｅｅｎ ｄｉｅｓｅｌ）、再生可能ディーゼル燃料、バイオディーゼルのブレンドストック、バイオディスティレートなどが挙げられる。望ましくは（ただし必ずではないが）、再生可能材料は、例えば植物、藻類、細菌、菌類などの生物から誘導されてもよい。
【００４２】
バイオ燃料は、広義には、例えば持続的な生産が可能であり、および／または、大気への正味の炭素放出を減少させた、または、それらの放出がない、再生可能資源から誘導された燃料または燃焼源として使用するのに適した成分またはストリームを意味する。再生可能資源は、採掘したり穴を開けたりして例えば地中から得られた材料を考慮に入れない場合がある。望ましくは、再生可能資源としては、単細胞生物、多細胞生物、植物、菌類、細菌、藻類、栽培された農作物、栽培ではない農作物、木材などが挙げられる。
【００４３】
バイオガソリンは、広義には、直接使用するか、および／または、ガソリンまたはオクタンのプールまたは再生可能資源から誘導された供給源にブレンドするのに適した成分またはストリームを意味し、例えばメタン、水素、合成ガス、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、エチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ヘキサノール、脂肪族化合物（直鎖、分岐鎖および／または環状）、ヘプタン、イソオクタン、シクロペンタン、芳香族化合物、エチルベンゼンなどが挙げられる。ブタノールは、広義には、１−ブタノール、２−ブタノール、イソ−ブタノール、その他の異性体のような生成物およびその誘導体を意味する。バイオガソリンは、例えば自動車用のガソリン内燃機関のような火花点火機関で使用することができる。一実施態様によれば、バイオガソリンおよび／またはバイオガソリンブレンドは、工業的に認められている燃料基準を満たしているか、または、それに準拠するものである。
【００４４】
バイオディーゼルは、広義には、直接使用するか、および／または、ディーゼルまたはセタンのプールまたは再生可能資源から誘導された供給源にブレンドするのに適した成分またはストリームを意味し、例えば脂肪酸エステル、トリグリセリド、脂質、脂肪族アルコール、アルカン、ナフサ、所定の蒸留温度範囲で得られる材料（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ ｒａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）、パラフィン系材料、芳香族材料、脂肪族化合物（直鎖、分岐鎖および／または環状）などである。バイオディーゼルは、圧縮点火機関、例えば自動車用ディーゼル内燃機関で使用することができる。あるいは、バイオディーゼルは、ガスタービン、ヒーター、ボイラーなどで使用することも可能である。一実施態様によれば、バイオディーゼルおよび／またはバイオディーゼルのブレンドは、工業的に認められている燃料基準を満たしているか、または、それに準拠するものである。
【００４５】
バイオディスティレートは、広義には、直接使用するか、および／または、再生可能資源から誘導された航空燃料（ジェット用）、潤滑剤のベースストック、ケロシン燃料などにブレンドするのに適しており、約１００℃〜約７００℃、約１５０℃〜約３５０℃などの範囲の沸点を有する成分またはストリームを意味する。
【００４６】
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素を回収する吸着剤を含んでもよい。本吸着剤は、基体と、基体に分散させた酵素結合材料とを含んでもよい。
【００４７】
溶菌（ｌｙｔｉｃ）は、広義には、破壊、分解、融解、溶解などのプロセスまたは工程を意味するか、または、それらに関する。
酵素は、広義には、化学反応、生化学反応など触媒する、および／または、それらを促進するタンパク質またはその他の適切な分子を意味する。酵素は、生物および／または合成プロセスによって生産することができる。適切な酵素は、あらゆる望ましい特性を有するものであり得る。適切な酵素としては、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、リグニナーゼ、エンド−セルラーゼ、エキソセルラーゼ、グルコシダーゼ、セロビオースデヒドロゲナーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、および／または、例えばセルロースをより低分子量の糖単位および／または単量体に加水分解するのに役立つ同種のものが挙げられる。
【００４８】
回収は、広義には、再使用、再利用、分離等のために元に戻すこと、および／または、その準備をする動作、プロセスおよび／または段階を意味する。
吸着剤は、広義には、原子または分子を例えば吸収、吸着、化学吸着、物理吸着、イオン交換等によって取り込み保持することができる物質を意味する。
【００４９】
吸収は、広義には、原子、分子および／またはイオンが、例えば気体、液体、固体材料などのバルク相に入り込む物理的プロセスおよび／または化学的プロセスを意味する。
吸着は、広義には、気体溶質および／または液体溶質が固体吸着剤および／または液体吸着剤の表面に蓄積する際に起こるプロセスを意味し、それによって例えば吸着物および／または同種のものとして分子または原子の薄層が形成される。
【００５０】
化学吸着は、広義には、吸着物と表面等との強い相互作用を特徴とする吸着の一つの分類を意味する。
物理吸着は、広義には、吸着物と表面等との弱いファンデルワールス力を特徴とする吸着の一分類を意味する。
【００５１】
イオン交換は、広義には、２つの電解質間でのイオンの変換または交換、電解質溶液と複合体または分子との間のイオンの変換または交換、および／または同種のものを意味する。
【００５２】
基体は、広義には、基礎となる支持体および／または土台を意味し、例えば主要部分の質が永久的に変らない物質および／または同種のものである。望ましくは、本吸着剤のための基体は、用いられる可能性があるプロセスまたは環境に対して少なくとも一般的に不活性である。また、基体が、基体の体積に対して少なくとも一般的に高い表面積を有することも望ましい場合がある。基体としては、あらゆる適切な材料および／または組成物が挙げられる。
【００５３】
基体の粒子または断片は、適切であればどのようなサイズおよび／または形状を有していてもよい。多孔質の基体は、比較的大きいサイズおよび／またはブロック形状を有していてもよい。あるいは、基体の粒子または断片は、少なくとも一般的に球状の形状を有していてもよい。基体粒子のサイズまたは有効径は、拡散プロセス等と相関しうる。基体の粒子は、約１マイクロメーター〜約１０センチメートル、約１ミリメートル〜約２センチメートルの有効径および／または同種の有効径を有してもよい。
【００５４】
酵素結合材料は、広義には、酵素またはその他の適切な分子と相互作用して、酵素を捕獲する、掴む、保持することができるあらゆる適切な物質および／または同種のものを意味する。このような結合相互作用は、あらゆる適切な力であってよく、例えばイオン結合、共有結合、水素結合、ファンデルワールス力、強い分子力、弱い分子力、物理的な力、機械的な力および／または同種のものが挙げられる。
【００５５】
分散された、とは、広義には、広範囲にわたり分配または散布させること、および／または、ばらまかれることを意味する。望ましくは、分散された状態とは、媒体または材料（例えば基体）の表面上に少なくとも比較的均一に分配させること、および／または、その中に全体的に含浸させることを含む。一実施態様によれば、酵素結合材料は、他のまたは追加の支持体媒体を含まないような基体それ自身であってもよい。
【００５６】
一実施態様によれば、基体は、アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、イオン交換樹脂、および／または同種のものを含んでいてもよい。
【００５７】
一実施態様によれば、酵素結合材料は、リグニンおよび／または同種のものを含んでいてもよい。望ましくは（ただし必ずではないが）、結合材料として用いられるリグニンは、供給材料の原料中のリグニンと異なっていてもよく、例えば、溶菌酵素は、供給材料の原料中のリグニンに対して低い結合効率を有するが、結合材料のリグニンに対してはそれより高い結合効率を有する。酵素の供給材料の原料への結合効率に対する酵素の結合材料への結合効率の比は、少なくとも約２：１、少なくとも約５：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約５０：１、および／または同種の比率であってもよい。
【００５８】
あるいは、酵素結合材料は、リグニンの高分子の基礎構造を含んでいてもよく、例えば、パラクマリルアルコール、コニフェリルアルコール、シナピルアルコール、および／または同種のものを含んでいてもよい。酵素結合材料のためにリグニンとリグニンの高分子の基礎構造とを組み合わせることは、本発明の範囲内である。
【００５９】
一実施態様によれば、酵素結合材料は、約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位、約１，０００原子質量単位〜約１００，０００原子質量単位、約５，０００原子質量単位〜約５０，０００原子質量単位の平均分子量、および／またはそれと類似の平均分子量を有していてもよい。
【００６０】
酵素結合材料は、モル濃度に基づき、および／またはその他の適切な単位に基づき、適切であればどのような酵素結合効率を有していてもよい。酵素結合効率は、広義には、例えば酵素が酵素結合材料と接触したときに、酵素結合材料によって捕獲および／または保持された酵素の量を意味する。一実施態様によれば、酵素結合材料は、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約７０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約８０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約９０パーセント、モル濃度に基づき少なくとも約９５パーセントの結合効率、および／または同種の結合効率を有する。
【００６１】
望ましくは（ただし必ずではないが）、酵素結合材料は、溶菌酵素を可逆的に吸着しており、それにより、例えば条件および／または操作を変化させた際に酵素が放出されるようになる。一実施態様によれば、溶菌酵素を可逆的に吸着する動作または工程により、結合した酵素の少なくとも約７０パーセント、結合した酵素の少なくとも約８０パーセント、結合した酵素の少なくとも約９０パーセント、結合した酵素の少なくとも約９５パーセントが、再利用または処理等のために生じるか、得られる。溶菌酵素の多少の損失または分解が起こる可能性がある。
【００６２】
適切であればどのような工程または動作で酵素結合材料から溶菌酵素を放出または遊離させてもよく、このような工程または動作としては、例えばｐＨの変化、温度変化、緩衝液の変化、溶媒の極性の変化、および／またはそれと同種の変化を適用させることが挙げられる。ｐＨの変化としては、例えばｐＨ調節剤（酸または塩基）を用いて中性の状態から酸性条件および／または塩基性条件にすることが挙げられる。温度の変化としては、例えば温度を約１０℃上げることが挙げられる。緩衝液の変化としては、例えば溶液に異なる塩を添加することが挙げられる。溶媒の極性の変化としては、例えば水溶液からアルコール溶液に変化させることが挙げられる。酵素を放出させる工程において、酵素の分解および／または損失を最小化するように努めることが望ましい。
【００６３】
一実施態様によれば、本発明は、上述の吸着剤を用いて作製された、または、それらから作製された再生可能材料を含んでもよい。
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素回収ユニットを含んでもよい。本ユニットは、溶菌酵素含有フィードストリームを受け取るためのフィードライン、および、溶菌酵素を吸着するための酵素吸着剤を有する少なくとも１つの酵素回収装置を含んでもよい。少なくとも１つの酵素回収装置は、フィードラインと流体接続していてもよい。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置に放出材料を供給するための再生ラインも含んでいてもよい。再生ラインは、少なくとも１つの酵素回収装置と流体接続していてもよい。本ユニットはまた、少なくとも１つの酵素回収装置から溶菌酵素を除去するための再利用ラインも含んでいてもよい。再利用ラインは、酵素回収装置と流体接続していてもよい。
【００６４】
ユニットは、広義には、プロセスまたは作業で用いられる器具または装置の１個またはそれより多くの部品を意味する。酵素回収ユニットは、例えば、ストリームから酵素を取り除き、および／または、回収し、続いてそれらを再使用のために提供または供給することができる。
【００６５】
ラインは、広義には、物質または材料をやり取りしたり、および／または、運搬するための装置を意味し、例えばパイプ、チャンネル、ダクト、通路および／または同種のものである。フィードラインは、例えば、本ユニットに注入口を提供することができ、それにより溶菌酵素が再利用できるようになる。再生ラインは、例えば、放出材料を提供して、酵素を再利用するために解離させることができる。再利用ラインは、例えば、ユニットからの溶菌酵素の出口を提供することができる。
【００６６】
ストリームは、広義には、材料または物質のフローまたは流れを意味する。
酵素回収装置は、広義には、ストリームから酵素を捕捉するためのあらゆる適切なプロセス、器具または装置を意味する。酵素回収装置は、吸着材を含んでいてもよく、このような吸着材としては、例えば充填層、充填カラム、流動床、および／または同種のものが挙げられる。酵素回収装置は、複数の容器を含んでいてもよく、例えば、１個またはそれより多くの（オンラインの）吸着モードの容器、１個またはそれより多くの（準備が完了した）スタンバイモードの容器、１個またはそれより多くの（オフラインの）再生モードの容器および／または同種の容器を含んでいてもよい。
【００６７】
一実施態様によれば、少なくとも１つの酵素回収装置は２またはそれより多くの充填層を含み、それぞれ吸着モードと再生モードとで機能することができる。
少なくとも１つの酵素回収装置で用いられる吸着剤は、適切であればどのような材料を含んでいてもよい。一実施態様によれば、酵素吸着剤は、リグニン、または、例えばパラクマリルアルコール、コニフェリルアルコール、シナピルアルコールなどのリグニン高分子構造の酵素結合材料を含んでいてもよい。酵素吸着剤はまた、酵素結合材料を支持するための基体も含んでいてもよく、このような基体は、アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、イオン交換樹脂の基体、および／または同種のものである。酵素結合材料は、例えば約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位の平均分子量を有していてもよい。
【００６８】
一実施態様によれば、少なくとも１つの酵素回収装置で用いられる酵素吸着剤は、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの可逆結合効率を有していてもよい。
再生ラインからの放出材料は、捕捉された酵素を解離させるのに適したあらゆる動作または工程を提供してもよく、例えばｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、溶媒の極性の変化、および／または同種の変化を提供してもよい。
【００６９】
一実施態様によれば、フィードストリームはまた、例えば発酵ユニットからの、再生可能ベース材料または副産物材料、および／または同種のものも含んでいてもよい。フィードストリーム中の再生可能ベース材料は、あらゆる適切な物質を含む可能性があり、このような物質としては、例えばエタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、プロピオン酸、上述の生物燃料のいずれか、および／または同種のものが挙げられる。
【００７０】
一実施態様によれば、フィードストリームはまた、リグノセルロースの加水分解物、例えば炭水化物、単糖類、二糖類、三糖類、多糖類および／または同種のものを含んでいてもよい。
【００７１】
一実施態様によれば、本発明は、上述の溶菌酵素回収ユニットで製造された、または、それによって製造された再生可能材料を含んでもよい。
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適したリグノセルロースのバイオリファイナリーを含んでもよい。本バイオリファイナリーは、溶菌酵素の使用によりセルロースおよび／またはヘミセルロースを再生可能ベース供給材料へと解重合させるための加水分解ユニット、および、再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するための変換ユニットを含んでいてもよい。本バイオリファイナリーはまた、変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料を含むストリームと副産物ストリームを形成する分離ユニット、および、変換ユニットの流出物、再生可能材料を含むストリームまたは副産物ストリームを受け取る少なくとも１つの酵素回収ユニットも含んでいてもよい。少なくとも１つの酵素回収ユニットは、再利用のために溶菌酵素を吸収することができる。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットから溶菌酵素を放出させるための放出材料を供給する再生ライン、および、溶菌酵素を再利用するための少なくとも１つの酵素回収ユニットから加水分解ユニットへの再利用ラインも含んでいてもよい。本バイオリファイナリーはまた、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは変換ユニットから再生可能材料を排出するための生成物ライン、および、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは分離ユニットから副産物を排出するための副産物ラインも含んでいてもよい。
【００７２】
バイオリファイナリーは、広義には、再生可能材料を生産するのに用いられるプラントまたはユニットの集合体を意味する。
リグノセルロース系とは、広義には、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、および／または同種のものを含むものを意味し、例えば植物原料である。リグノセルロース系材料としては、あらゆる適切な材料が挙げられ、例えば蔗糖、サトウキビの絞りかす、サトウキビの絞りかす燃料、米、稲わら、穀類、穀類の茎や葉、コムギ、麦わら、トウモロコシ、トウモロコシの茎や葉、モロコシ、モロコシの茎や葉、サトウモロコシ（ｓｗｅｅｔ ｓｏｒｇｈｕｍ）、サトウモロコシの茎や葉、綿繊維をとったあとの残り、砂糖大根、砂糖大根パルプ、ダイズ、ナタネ、ジャトロファ、アメリカクサキビ、ススキ、その他のイネ科植物、木材、針葉樹、広葉樹、廃材、おがくず、紙、廃棄の紙、農業廃棄物、都市ごみ、その他のあらゆる適切なバイオマス材料、および／または同種のものが挙げられる。
【００７３】
本バイオリファイナリーのユニットおよび／またはラインは、上述したいずれかの、および／または全ての特徴および／または特色を含んでいてもよい。
加水分解ユニットは、溶菌酵素を使用することによって、リグニン、セルロースおよび／またはヘミセルロースを再生可能ベース供給材料に解重合するためのあらゆる適切な工程、器具および／またはプロセスを含んでいてもよい。望ましくは、再生可能ベース供給材料は、六炭糖および五炭糖（それぞれヘキソースおよびペントース）、グルコース、キシロース、および／または、再生可能材料に変換することができるその他の材料を含んでいてもよい。加水分解ユニットはまた、化学的、熱的および／または機械的なシステムのためのあらゆる適切な前処理プロセスまたは器具を含んでいてもよく、例えば、水蒸気との接触（温度）、酸との接触、塩基との接触、粉砕、細断等のためのあらゆる適切な前処理プロセスまたは器具を含んでいてもよい。加水分解ユニットは、容器、反応装置、タンク、たらいのような容器、かきまぜ機、バブラー、および／または同種のものを含んでいてもよい。加水分解ユニットは、再利用酵素ラインから回収された酵素または再利用の酵素を受け取ることができる。また、新鮮な酵素または新しい酵素が加水分解ユニットに供給されてもよい。
【００７４】
解重合は、広義には、何かより大きいものを処理して、それより小さい単位または断片に分解することを意味する。解重合には、化学結合を破壊または切断することが含まれていてもよく、それによって例えば高分子の主鎖または鎖から単量体（１単位）を放出することができる。また解重合は、二量体（２つの単位）、三量体（３つの単位）、四量体（４つの単位）、その他のあらゆる適切なオリゴマー（複数の単位）および／または同種のものを生成してもよく、例えば中間体および／または最終的な生成物を生成してもよい。
【００７５】
リグニンは、広義には、植物中の二次細胞壁の一部を構成してもよいバイオポリマーを意味し、例えばヘミセルロースに共有結合していてもよい複雑な高度に架橋された芳香族ポリマーである。
【００７６】
ヘミセルロースは、広義には、大部分がペントースで構成される分岐状の糖高分子を意味し、これらは例えば全般的にランダムな無定形構造を有していてもよく、典型的には何十万ものペントース単位を含むものもある。
【００７７】
セルロースは、広義には、式（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｚ（式中ｚは、あらゆる適切な整数である）で示される有機化合物を意味する。例えば、セルロースは、直鎖の数百から１万を超えるヘキソース単位と高度な結晶構造を有する多糖類を含んでいてもよい。
【００７８】
変換ユニットは、再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するためのあらゆる適切な工程、器具および／またはプロセスを含んでいてもよい。一実施態様によれば、変換ユニットは、発酵プロセスおよび／または細胞培養プロセスを利用する。
【００７９】
発酵は、広義には、最終的な電子供与体が酸素ではない炭水化物の代謝を意味し、例えば嫌気的な炭水化物の代謝である。発酵は、高エネルギー化合物の酵素によって制御された嫌気性分解を含んでいてもよく、例えば炭水化物を二酸化炭素とアルコールおよび／または有機酸とに分解することを含んでいてもよい。あるいは、発酵は、広義には、生物学的に制御された有機化合物の変換を意味する。発酵プロセスではあらゆる適切な生物を用いることができ、例えば細菌、菌類、藻類、および／または同種のものを用いることができる。適切な発酵プロセスは、天然に存在する生物を含んでいてもよいし、および／または、遺伝子組換え生物を含んでいてもよい。
【００８０】
細胞培養は、広義には、最終的な電子供与体が酸素である炭水化物の代謝を意味し、例えば好気的な炭水化物の代謝である。細胞培養プロセスではあらゆる適切な生物を用いることができ、例えば細菌、菌類、藻類、および／または同種のものを用いることができる。適切な細胞培養プロセスは、天然に存在する生物を含んでいてもよいし、および／または、遺伝子組換え生物を含んでいてもよい。
【００８１】
分離ユニットは、変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料含有ストリームと副産物ストリームを形成するための、あらゆる適切な工程、器具および／またはプロセスを含んでいてもよい。分離ユニットは、１またはそれより多くの蒸留塔、充填層、機械的な装置、遠心分離機、および／または同種のものを含んでいてもよい。
【００８２】
一実施態様によれば、少なくとも１つの酵素回収ユニットが、生成物酵素回収ユニットと、副産物酵素回収ユニットとを含んでいてもよい。生成物酵素回収ユニットおよび副産物酵素回収ユニットは、器具および／またはプロセスの部品を共有していてもよいし、または、それらを組み合わせてもよい。生成物酵素回収ユニットは、例えばバイオ燃料のような再生可能生成物のストリームから酵素を回収することができる。副産物酵素回収ユニットは、例えばリグニンのような副産物ストリームから酵素を回収することができる。
【００８３】
本バイオリファイナリーは、あらゆる適切な単位に基づきあらゆる適切な量の再利用された酵素を使用することが可能であり、例えば、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約３５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約４５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約５５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約６５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約７５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約８５質量パーセントが再利用された酵素を含み、加水分解ユニットに供給された溶菌酵素の少なくとも約９５質量パーセントおよび／またはそれと類似の割合が再利用された酵素を含む。
【００８４】
一実施態様によれば、本バイオリファイナリーは、リグノセルロース系供給材料を使用して、エタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、プロピオン酸および／または同種のものを生産することができる。
【００８５】
一実施態様によれば、本発明は、上述の本バイオリファイナリーで製造された、または、それによって製造された再生可能材料を含んでもよい。
一実施態様によれば、本発明は、再生可能材料の生産に適した溶菌酵素を再利用する方法を含んでもよい。本方法は、投入ストリームの残りから溶菌酵素を分離するために溶菌酵素を酵素吸着剤に吸着させる工程、および、酵素吸着剤から溶菌酵素を放出させる工程を含んでもよい。
【００８６】
溶菌酵素を吸着する工程は、適切であればどのような効率を有していてもよく、例えばモル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントおよび／またはそれと類似の割合を有する。
【００８７】
溶菌酵素を放出させる工程は、例えばｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、溶媒の極性の変化、および／または同種の変化のようなあらゆる適切な変化を含んでいてもよい。
【００８８】
本方法はまた、セルロースまたはヘミセルロースを変換可能な材料に加水分解するために溶菌酵素を添加する工程、および、変換可能な材料を再生可能材料に変換する工程も含んでいてもよい。本方法はまた、再生可能材料から副産物を分離する工程、および、追加の加水分解に使用するために放出された酵素を戻す工程も含んでいてもよい。
【００８９】
一実施態様によれば、本発明は、上述の方法で製造された、または、それによって製造された再生可能材料を含んでもよい。
本発明の範囲は単に溶菌酵素だけに限定されることはなく、概してその他の酵素または分子にも適用可能である。同様に本発明の範囲は再生可能材料の生産だけに限定されることはなく、概してその他の方法および／または適用と共に適用または使用することが可能である。
【００９０】
当業者であれば当然のことながら、開示された構造および方法において、本発明の範囲または本質から逸脱することなく様々な改変およびバリエーションが可能である。具体的に言えば、いずれの一実施態様の説明も、説明またはその他の実施態様と自由に組み合わせることができ、それにより２またはそれより多くの要素または限定の組み合わせおよび／またはバリエーションを得ることができる。本発明のその他の実施態様は、明細書の考察や本明細書において開示された本発明の実施から当業者には明らかであると予想される。本明細書は単に一例とみなすこととし、本発明の本当の範囲および本質は以下の請求項で示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素を回収する吸着剤であって、該吸着剤は：
基体；および、
基体に分散している酵素結合材料、
を含む、上記吸着剤。
【請求項２】
前記基体が、アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、または、イオン交換樹脂を含む、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項３】
前記酵素結合材料が、リグニン、または、パラクマリルアルコール、コニフェリルアルコールもしくはシナピルアルコールを含むリグニンの高分子構造を含む、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項４】
前記酵素結合材料が、約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位の平均分子量を有する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項５】
前記酵素結合材料が、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの結合効率を有する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項６】
前記酵素結合材料が、可逆的に溶菌酵素を吸着する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項７】
前記酵素結合材料が、ｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、または、溶媒の極性の変化が適用されたら溶菌酵素を放出する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項８】
請求項１に記載の吸着剤を用いて作製された再生可能材料。
【請求項９】
再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素回収ユニットであって、該ユニットは：
溶菌酵素含有フィードストリームを受け取るフィードライン；
フィードラインと流体接続しており、溶菌酵素を吸着するための酵素吸着剤を含む、少なくとも１つの酵素回収装置；
少なくとも１つの酵素回収装置と流体接続しており、少なくとも１つの酵素回収装置に放出材料を供給するための再生ライン；および、
少なくとも１つの酵素回収装置と流体接続しており、少なくとも１つの酵素回収装置から溶菌酵素を取り出すための再利用ライン、
を含む、上記ユニット。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの酵素回収装置が、２またはそれより多くの充填層を含み、それぞれ吸着モードと再生モードとで機能することができる、請求項９に記載のユニット。
【請求項１１】
前記酵素吸着剤が：
リグニン、または、パラクマリルアルコール、コニフェリルアルコールもしくはシナピルアルコールを含むリグニンの高分子構造を含む酵素結合材料；および、
アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、または、イオン交換樹脂を含む、酵素結合材料を支持するための基体、
を含み、ここで該酵素結合材料は、約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位の平均分子量を有する、請求項９に記載のユニット。
【請求項１２】
前記酵素吸着剤が、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの可逆結合効率を有する、請求項９に記載のユニット。
【請求項１３】
前記放出材料が、ｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、または、溶媒の極性の変化を提供する、請求項９に記載のユニット。
【請求項１４】
前記フィードストリームはさらに、加水分解物、再生可能ベース材料、または、副産物材料を含む、請求項９に記載のユニット。
【請求項１５】
前記再生可能ベース材料が、エタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、または、プロピオン酸を含む、請求項１４に記載のユニット。
【請求項１６】
請求項９に記載のユニットで製造された再生可能材料。
【請求項１７】
再生可能材料の生産に適したリグノセルロースのバイオリファイナリーであって、該バイオリファイナリーは：
溶菌酵素の使用によりセルロースおよびヘミセルロースを再生可能ベース供給材料へと解重合させるための加水分解ユニット；
再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するための変換ユニット；
変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料含有ストリームと副産物ストリームとを形成するための分離ユニット；
変換ユニットの流出物、再生可能材料含有ストリーム、または、副産物ストリームを受け取り、再利用のための溶菌酵素を吸着する、少なくとも１つの酵素回収ユニット；
少なくとも１つの酵素回収ユニットから溶菌酵素を放出させるための放出材料を供給する再生ライン；
溶菌酵素を再利用するための、少なくとも１つの酵素回収ユニットから加水分解ユニットへの再利用ライン；
再生可能材料を排出するための、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは変換ユニットからの生成物ライン；および、
副産物を排出するための、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは分離ユニットからの副産物ライン、
を含む、上記バイオリファイナリー。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの酵素回収ユニットが、生成物酵素回収ユニットと、副産物酵素回収ユニットとを含む、請求項１７に記載のバイオリファイナリー。
【請求項１９】
前記加水分解ユニットに供給される溶菌酵素の少なくとも約３５パーセントが、再利用された酵素を含む、請求項１７に記載のバイオリファイナリー。
【請求項２０】
前記バイオリファイナリーが、エタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、または、プロピオン酸を生産するためにリグノセルロースの供給材料を使用する、請求項１７に記載のバイオリファイナリー。
【請求項２１】
請求項１７に記載のバイオリファイナリーで製造された再生可能材料。
【請求項２２】
再生可能材料の生産に適した溶菌酵素を再利用する方法であって、該方法は：
投入ストリームの残りから溶菌酵素を分離するために溶菌酵素を酵素吸着剤に吸着させること；および、
酵素吸着剤から溶菌酵素を放出させること、
を含む、上記方法
【請求項２３】
前記溶菌酵素を吸着する工程が、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの結合効率を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶菌酵素を放出させる工程が、ｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、または、溶媒の極性の変化によって起こる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
溶菌酵素を添加して、セルロースまたはヘミセルロースを変換可能な材料に加水分解すること；
変換可能な材料を再生可能材料に変換すること；
再生可能材料から副産物を分離すること；および、
放出された酵素を戻して次の加水分解に用いること、
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法によって製造された再生可能材料。
【請求項１】
再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素を回収する吸着剤であって、該吸着剤は：
基体；および、
基体に分散している酵素結合材料、
を含む、上記吸着剤。
【請求項２】
前記基体が、アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、または、イオン交換樹脂を含む、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項３】
前記酵素結合材料が、リグニン、または、パラクマリルアルコール、コニフェリルアルコールもしくはシナピルアルコールを含むリグニンの高分子構造を含む、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項４】
前記酵素結合材料が、約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位の平均分子量を有する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項５】
前記酵素結合材料が、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの結合効率を有する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項６】
前記酵素結合材料が、可逆的に溶菌酵素を吸着する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項７】
前記酵素結合材料が、ｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、または、溶媒の極性の変化が適用されたら溶菌酵素を放出する、請求項１に記載の吸着剤。
【請求項８】
請求項１に記載の吸着剤を用いて作製された再生可能材料。
【請求項９】
再生可能材料の生産に使用するのに適した溶菌酵素回収ユニットであって、該ユニットは：
溶菌酵素含有フィードストリームを受け取るフィードライン；
フィードラインと流体接続しており、溶菌酵素を吸着するための酵素吸着剤を含む、少なくとも１つの酵素回収装置；
少なくとも１つの酵素回収装置と流体接続しており、少なくとも１つの酵素回収装置に放出材料を供給するための再生ライン；および、
少なくとも１つの酵素回収装置と流体接続しており、少なくとも１つの酵素回収装置から溶菌酵素を取り出すための再利用ライン、
を含む、上記ユニット。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの酵素回収装置が、２またはそれより多くの充填層を含み、それぞれ吸着モードと再生モードとで機能することができる、請求項９に記載のユニット。
【請求項１１】
前記酵素吸着剤が：
リグニン、または、パラクマリルアルコール、コニフェリルアルコールもしくはシナピルアルコールを含むリグニンの高分子構造を含む酵素結合材料；および、
アルギン酸塩、寒天、ポリアクリルアミド、コラーゲン、活性炭、多孔質セラミック、けいそう土、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリアクリレート、アルミナ、シリカ、ベントナイト、または、イオン交換樹脂を含む、酵素結合材料を支持するための基体、
を含み、ここで該酵素結合材料は、約３００原子質量単位〜約１，０００，０００原子質量単位の平均分子量を有する、請求項９に記載のユニット。
【請求項１２】
前記酵素吸着剤が、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの可逆結合効率を有する、請求項９に記載のユニット。
【請求項１３】
前記放出材料が、ｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、または、溶媒の極性の変化を提供する、請求項９に記載のユニット。
【請求項１４】
前記フィードストリームはさらに、加水分解物、再生可能ベース材料、または、副産物材料を含む、請求項９に記載のユニット。
【請求項１５】
前記再生可能ベース材料が、エタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、または、プロピオン酸を含む、請求項１４に記載のユニット。
【請求項１６】
請求項９に記載のユニットで製造された再生可能材料。
【請求項１７】
再生可能材料の生産に適したリグノセルロースのバイオリファイナリーであって、該バイオリファイナリーは：
溶菌酵素の使用によりセルロースおよびヘミセルロースを再生可能ベース供給材料へと解重合させるための加水分解ユニット；
再生可能ベース供給材料の少なくとも一部を受け取り、再生可能材料に変換するための変換ユニット；
変換ユニットの流出物を受け取り、再生可能材料含有ストリームと副産物ストリームとを形成するための分離ユニット；
変換ユニットの流出物、再生可能材料含有ストリーム、または、副産物ストリームを受け取り、再利用のための溶菌酵素を吸着する、少なくとも１つの酵素回収ユニット；
少なくとも１つの酵素回収ユニットから溶菌酵素を放出させるための放出材料を供給する再生ライン；
溶菌酵素を再利用するための、少なくとも１つの酵素回収ユニットから加水分解ユニットへの再利用ライン；
再生可能材料を排出するための、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは変換ユニットからの生成物ライン；および、
副産物を排出するための、少なくとも１つの酵素回収ユニットまたは分離ユニットからの副産物ライン、
を含む、上記バイオリファイナリー。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの酵素回収ユニットが、生成物酵素回収ユニットと、副産物酵素回収ユニットとを含む、請求項１７に記載のバイオリファイナリー。
【請求項１９】
前記加水分解ユニットに供給される溶菌酵素の少なくとも約３５パーセントが、再利用された酵素を含む、請求項１７に記載のバイオリファイナリー。
【請求項２０】
前記バイオリファイナリーが、エタノール、ブタノール、遊離脂肪酸、トリアシルグリセリド、アルキルエステル、イソプレノイド、乳酸、酢酸、酪酸、または、プロピオン酸を生産するためにリグノセルロースの供給材料を使用する、請求項１７に記載のバイオリファイナリー。
【請求項２１】
請求項１７に記載のバイオリファイナリーで製造された再生可能材料。
【請求項２２】
再生可能材料の生産に適した溶菌酵素を再利用する方法であって、該方法は：
投入ストリームの残りから溶菌酵素を分離するために溶菌酵素を酵素吸着剤に吸着させること；および、
酵素吸着剤から溶菌酵素を放出させること、
を含む、上記方法
【請求項２３】
前記溶菌酵素を吸着する工程が、モル濃度に基づき少なくとも約６０パーセントの結合効率を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶菌酵素を放出させる工程が、ｐＨの変化、温度の変化、緩衝液の変化、または、溶媒の極性の変化によって起こる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
溶菌酵素を添加して、セルロースまたはヘミセルロースを変換可能な材料に加水分解すること；
変換可能な材料を再生可能材料に変換すること；
再生可能材料から副産物を分離すること；および、
放出された酵素を戻して次の加水分解に用いること、
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法によって製造された再生可能材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１２−５２５８４１（Ｐ２０１２−５２５８４１Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０９８１７（Ｐ２０１２−５０９８１７）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２８２８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２９１０１
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５０３２５９３８１）ビーピー・コーポレーション・ノース・アメリカ・インコーポレーテッド (84)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２８２８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２９１０１
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５０３２５９３８１）ビーピー・コーポレーション・ノース・アメリカ・インコーポレーテッド (84)
【Ｆターム（参考）】
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