Способ ферментации низкомолекулярного сахара в продукт

СПОСОБ ФЕРМЕНТАЦИИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОГО САХАРА В ПРОДУКТ Биомассу (например, растительную биомассу, животную биомассу и биомассу муниципальных отходов) обрабатывают для использования в производстве полезной продукции, включая топливо. Например, системы могут использовать материал биомассы, в том числе целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы, для повышения производства продукции, например производства этанола и/или бутанола, путем ферментации. Настоящее изобретение устанавливает приоритет временной патентной заявки США 12/417840,поданной 4 апреля 2009 г., временной патентной заявки США 61/180032, поданной 20 мая 2009 г., и временной патентной заявки США 61/252293, поданной 16 октября 2009 г. Полное описание каждой из данных временных заявок включено посредством ссылки в настоящий документ. Уровень техники Целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы производят, перерабатывают и используют в многочисленных применениях. Часто эти материалы используют однократно и затем выбрасывают в виде мусора или просто рассматривают в качестве отходов, включая, например, стоки, выжимки, опилки и солому. Разнообразные целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы, их использование и применения описаны в патентах США 7307108, 7074918, 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 и 5952105, а также в различных патентных заявках, включая опубликованные патентные заявки США 2006/010648 "Волокнистые материалы и композиты" (поданной 23 марта 2006 г.) и 2007/0045456 "Волокнистые материалы и композиты". Сущность изобретения В некоторых случаях присутствие биомассы в процессе, например ферментации, способствует превращению низкомолекулярного сахара в промежуточный или конечный продукт. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что включение биомассы в смеси с низкомолекулярным сахаром в среде, например, растворителя или системы растворителей и микроорганизмами может повысить выход и скорость производства промежуточного или конечного продукта, получаемого путем конверсии сахара, например спирта, в том числе этанола или бутанола. Включение биомассы может также предотвращать неполную, медленную или "застывшую" конверсию продукта, например, путем ферментации. Биомасса может сама не превращаться в продукт (например, спирт) или может частично или полностью превращаться в продукт вместе с низкомолекулярным сахаром. В тех случаях, где биомасса частично конвертируется, удельная поверхность и пористость биомассы увеличиваются, соответственно, относительно удельной поверхности и пористости исходной биомассы, что может выгодно увеличивать скорость превращения низкомолекулярного сахара в продукт. В некоторых случаях биомасса может представлять собой остатки целлюлозного или лигноцеллюлозного материала, который был осахарен, например лигнин и/или другие материалы, которые остаются после того, как целлюлоза была конвертирована в сахар. В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу, который включает использование микроорганизма и/или фермента, который иммобилизован на материале биомассы, включая, например,функционализированные волокна биомассы, чтобы конвертировать углевод, например низкомолекулярный сахар, в продукт. Термин "иммобилизованный" означает, что микроорганизм и/или фермент связан с волокнами непосредственно или косвенно (например, через химический линкер), ковалентными, водородными, ионными или эквивалентными связями и/или механическим взаимодействием, например между микроорганизмом и порами материала биомассы, например волокон. Связь можно создавать, например, электрической поляризацией материала биомассы. Данное взаимодействие может быть постоянным,полупостоянным или кратковременным. Механическое взаимодействие может включать помещение или прикрепление микроорганизма или фермента в порах или других местах материала биомассы. Некоторые варианты осуществления включают одну или более из следующих отличительных особенностей. Конверсия может включать возможность микроорганизма конвертировать по меньшей мере часть низкомолекулярного сахара в спирт, например этанол или бутанол, или в углеводород, или водород. Конверсия может включать ферментацию. Микроорганизм может включать дрожжи, например Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи) и/или Pichia stipitis, или бактерии, например Zymomonas mobilis. Способ может дополнительно включать облучение волокон биомассы, например, ионизирующим излучением, например, с использованием пучка частиц. Волокна биомассы могут иметь удельную поверхность по методу Брунауэра-Эммета-Теллера (BET), составляющую более чем 0,25 м2/г, и/или пористость, составляющую по меньшей мере 70%. Волокна биомассы можно получать из материала биомассы,который содержит внутренние волокна и который нарезан до такого состояния, что его внутренние волокна открываются в существенной степени. В другом аспекте настоящее изобретение относится к смеси, которая включает материал биомассы,имеющий полярные функциональные группы, микроорганизм, имеющий комплементарные притягивающие функциональные группы, и жидкую среду. В следующем аспекте настоящее изобретение относится к композиции, включающей волокна биомассы, имеющие функциональные группы, и микроорганизм, имеющий комплементарные притягивающие функциональные группы, причем микроорганизм является иммобилизованным на волокнах биомассы. Настоящее изобретение также относится к способу, который включает конверсию низкомолекулярного сахара или материала, который включает низкомолекулярный сахар в смеси с биомассой, микроорганизмом и растворителем или системой растворителей, например водой или смесью воды и органического растворителя, в продукт. Примеры растворителей или систем растворителей включают воду, гексан, гексадекан, глицерин, хлороформ, толуол, этилацетат, петролейный эфир, сжиженный нефтяной газ(СНГ), ионные жидкости и их смеси. Растворитель или система растворителей может находиться в виде одной фазы, двух или более фаз. Биомасса может существовать, например, в волокнистой форме. В некоторых случаях наличие материала биомассы (например, обработанной каким-либо способом,описанным в настоящем документе, или необработанной) в процессе производства продукта может повысить скорость производства данного продукта. Без намерения следовать какой-либо определенной теории, считают, что наличие твердого вещества, например, имеющего высокую удельную поверхность и/или высокую пористость, может увеличивать скорости реакций путем увеличения эффективной концентрации растворенных веществ и создания субстрата, на котором могут происходить реакции. В некоторых вариантах осуществления материал биомассы, который был облучен, окислен, химически обработан, механически обработан, обработан ультразвуком, обработан паровым взрывом и/или подвергнут пиролизу, можно вводить в процесс ферментации низкомолекулярного сахара, например,чтобы повысить скорость и выход ферментации. Например, облученный или необлученный материал биомассы, например бумажное волокно, можно вводить в процесс ферментации, например в процесс ферментации кукурузы с образованием этанола или в процесс ферментации экстракта сахарного тростника, чтобы повысить скорость производства по меньшей мере на 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100% или более, например по меньшей мере на 150% или даже до 1000%. Конверсия, например ферментация, может проявлять процентную эффективность, как определено в разделе "Примеры" настоящего документа, которая составляет, например, по меньшей мере 140%,в некоторых случаях по меньшей мере 170%. Материал биомассы может иметь высокую удельную поверхность, высокую пористость и/или низкую объемную плотность. В некоторых вариантах осуществления биомасса присутствует в смеси в количестве, составляющем от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 мас.%, например от приблизительно 1 до приблизительно 25 мас.% или от приблизительно 2 до приблизительно 12,5 мас.%. В других вариантах осуществления биомасса присутствует в количествах, составляющих более чем приблизительно 0,5 мас.%, например более чем приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или даже более чем приблизительно 10 мас.%. Так как сам материал биомассы не расходуется в процессе конверсии, материал биомассы можно повторно использовать в многократных периодических процессах или можно использовать непрерывно в производстве больших объемов продукта. Некоторые варианты осуществления включают один или более из следующих отличительных особенностей. Способ может включать облучение волокнистой биомассы перед смешиванием, например, с помощью ионизирующего излучения, полная доза которого составляет, например, по меньшей мере 5 Мрад. Облучение можно осуществлять с использованием пучка частиц. Облучение можно проводить в условиях, выбранных для уменьшения молекулярной массы биомассы. Облучение можно осуществлять с многократным применением излучения. Ионизирующее излучение может включать излучение электронного пучка. Например, излучение можно применять при полной дозе, составляющей от приблизительно 10 до приблизительно 150 Мрад, например при мощности дозы, составляющей от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 Мрад/сутки или от 1 до приблизительно 10 Мрад/с. В некоторых вариантах осуществления облучение включает применение двух или более источников излучения, включая -излучение и пучок электронов. В некоторых вариантах осуществления облучению подвергают исходный материал биомассы, в то время как исходный материал биомассы находится в атмосфере воздуха, азота, кислорода, гелия или аргона. В некоторых вариантах осуществления предварительная обработка может включать предварительную обработку исходного материала биомассы паровым взрывом. В некоторых вариантах осуществления способ включает механическую обработку биомассы, например, путем уменьшения одного или более размеров отдельных кусков биомассы, например нарезкой,помолом жерновами, механическим резанием или разрыванием, стержневым измельчением, мокрым или сухим помолом, воздушным дисковым помолом, рубкой, прессованием, уплотнением или сочетаниями любых данных способов. В некоторых случаях после механической обработки биомасса включает волокна, имеющие среднее отношение длины к диаметру, составляющее более чем 5/1. В некоторых вариантах осуществления приготовленная биомасса может иметь удельную поверхность по методу BET, составляющую более чем 0,25 м 2/г. Механически обработанная биомасса может иметь объемную плотность, составляющую менее чем приблизительно 0,5 г/см 3, например менее чем 0,35 г/см 3. В любом из способов, описанных в настоящем документе, можно использовать излучение из сводчатого устройства. Если не определено иное условие, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют такие же значения, которые обычно понимает специалист в области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение. Хотя способы и материалы, которые аналогичны или эквивалентны тем, которые описаны в настоящем документе, можно использовать в практическом осуществлении или испытании настоящего изобретения, подходящие способы и материалы описаны ниже. Все публикации, патентные заявки, патенты и другие материалы, ссылки на которые приведены в настоящем документе, во всей своей полноте включены в него посредством ссылки. В случае противоречия преоб-2 021190 ладающее действие имеет настоящее описание, включая определения. Кроме того, материалы, способы и примеры являются только иллюстративными и не предназначены в качестве ограничительных. Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания и из формулы изобретения. Описание чертежей Фиг. 1 представляет блок-схему, иллюстрирующую обработку биомассы и использование обработанной биомассы в процессе ферментации; фиг. 2 - схематическое изображение функционализированной биомассы, взаимодействующей с микроорганизмом; фиг. 3 - инфракрасный спектр крафт-картона, нарезанного резальной машиной с вращающимся ножом; фиг. 4 - инфракрасный спектр крафт-картона согласно фиг. 3 после облучения дозой 100 Мрад излучения; фиг. 5A-5I - спектры ЯМР 1 Н образцов Р 132, Р 132-10, Р 132-100, Р-1e, Р-5 е, Р-10 е, Р-30 е, Р-70 е и Р 100 е в примере 13; фиг. 5J - сравнение обмениваемого протона при 16 м.д. согласно фиг. 5A-5I; фиг. 5K - спектр ЯМР 13 С образца Р-100 е; фиг. 5L-5M - спектр ЯМР 13 С образца Р-100 е, в котором задержки составляют 10 с; фиг. 5N - ЯМР 1 Н образца Р-100 е при концентрации 10 мас.%. Подробное описание Функционализированный материал биомассы, имеющий желательные типы и количества функциональных групп, включая карбоксильные группы, енольные группы, альдегидные группы, кетонные группы, нитрильные группы, нитрогруппы или нитрозогруппы, можно получить, используя способы, описанные в настоящем документе. Такие функционализированные материалы могут способствовать конверсии низкомолекулярного сахара в продукт, например, в процессе ферментации. Типы биомассы Предпочтительные материалы биомассы для использования в процессах, описанных в настоящем документе, содержат волокна, которые могут функционализировать с функциональными группами, являющимися комплементарными для функциональных групп агентов, которые будут использованы в конверсии сахара, например микроорганизмов, в том числе дрожжей. Источники волокна включают источники целлюлозного волокна, включая бумагу и бумажные изделия (например, бумага с многослойным покрытием и крафт-бумага), и источники лигноцеллюлозного волокна, включая древесину и содержащие древесину материалы, например древесно-стружечные плиты. Другие подходящие источники волокна включают источники натурального волокна, например травы,рисовая шелуха, выжимки, джут, конопля, лен, бамбук, мексиканская агава, манильская пенька, солома,просо прутьевидное, люцерна, сено, стержни кукурузных початков, кукурузная солома, кокосовые волокна; источники волокна с высоким содержанием -целлюлозы, например хлопок; и источники синтетического волокна, например экструдированная пряжа (ориентированная пряжа или неориентированная пряжа). Источники натурального или синтетического волокна можно получить из обрывков, не бывших в употреблении текстильных материалов, например остатков, или они могут представлять собой бывшие в употреблении отходы, например ветошь. Когда бумажные изделия используют в качестве источников волокна, они могут представлять собой не бывшие в употреблении материалы, например обрывки не бывших в употреблении материалов, или они могут представлять собой бывшие в употреблении отходы. Помимо не бывших в употреблении исходных материалов бывшие в употреблении промышленные (например, побочные продукты переработки) и технологические отходы (например, стоки от переработки бумаги) можно также использовать в качестве источников волокна. Кроме того, источники волокна можно получать или извлекать из отходов жизнедеятельности человека (например, стоков) и отходов животного или растительного происхождения. Дополнительные источники волокна описаны в патентах США 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 и 5952105. В некоторых вариантах осуществления материал биомассы включает углевод, который представляет собой или включает материал, содержащий одну или более -1,4-связей и имеющий среднечисленную молекулярную массу, составляющую приблизительно от 3000 до 50000. Такой углевод представляет собой или включает целлюлозу (I), которая получена из -глюкозы (1) посредством конденсации (1,4)гликозидных связей. Эта связь отличается от (1,4)-гликозидных связей, присутствующих в крахмале и других углеводах. Крахмальные материалы включают сам крахмал, например кукурузный крахмал, пшеничный крахмал, картофельный крахмал или рисовый крахмал, производное крахмала, или материал, который включает крахмал, в том числе съедобный пищевой продукт или сельскохозяйственный продукт. Например,крахмальным материалом может быть арракача, гречиха, банан, ячмень, маниока, кудзу, кислица клубневая, саго, сорго, обыкновенный картофель, сладкий картофель, таро, ямс или одно или более бобовых растений, в том числе бобы, чечевица или горох. Смеси любых двух или более крахмальных материалов также представляют собой крахмальные материалы. В некоторых случаях биомасса представляет собой микробный материал. Микробные источники включают, но не ограничиваются этим, любой встречающийся в природе или генетически модифицированный микроорганизм или организм, который содержит или способен обеспечивать источник углеводов(например, целлюлоза), например, протисты (одноклеточные), например животные протисты (например,простейшие, в том числе жгутиковые, амебовидные, инфузории и споровики) и растительные протисты(например, водоросли, в том числе ячеистые, хлорарахниофиты, криптомонады, эвглениды, глаукофиты,гаптофиты, красные водоросли, страменофилы и зеленые растения). Другие примеры включают морские водоросли, планктон (например, макропланктон, мезопланктон, микропланктон, нанопланктон, пикопланктон и фемптопланктон), фитопланктон, бактерии (например, грамположительные бактерии, грамотрицательные бактерии и экстремофилы), дрожжи и/или их смеси. В некоторых случаях микробную биомассу можно получить из натуральных источников, например океанов, озер, других водоемов, содержащих, например, соленую воду или пресную воду, или на суше. В качестве альтернативы или дополнительно микробную биомассу можно получить из систем культур, например крупномасштабных сухих и влажных систем культур. Смеси любых материалов биомассы, описанных в настоящем документе, можно использовать для изготовления промежуточных или конечных продуктов, описанных в настоящем документе. Например, смеси целлюлозных материалов и крахмальных материалов можно использовать для изготовления любого продукта, описанного в настоящем документе. Системы для обработки биомассы и использования обработанной биомассы в ферментации Фиг. 1 представляет систему 100 для обработки биомассы, в частности волокнистой биомассы, и последующего использования обработанной биомассы для ускорения процесса ферментации. Система 100 включает модуль 102, в котором исходный материал биомассы механически обрабатывают, например, открывая внутренние волокна исходного материала. Далее примеры видов механической обработки будут подробно описаны. Система 100 также включает модуль 104, в котором механически обработанный исходный материал функционализируют, например, посредством облучения. После функционализации функционализированные волокна направляют в систему ферментации 106 транспортным модулем 108. Функционализированные волокна затем присутствуют в процессе ферментации и ускоряют процесс ферментации, обеспечивая субстрат, который может взаимодействовать с микроорганизмами, используемыми в ферментации, например, клетками дрожжей. Это взаимодействие схематично представлено на фиг. 2, которая изображает функционализированное полярное волокно 10 и клетку дрожжей 12, имеющую комплементарную полярную функциональную группу. Вследствие полярности волокон и клетки дрожжей клетка может оказаться иммобилизованной на одном или большем числе волокон. Связывание клетки дрожжей (или другого микроорганизма) с волокнами может осуществляться посредством водородной связи, ковалентной или ионной связи. В некоторых случаях функциональные группы на волокнах могут реагировать с группами на микроорганизме, образуя ковалентную связь. Повышенная удельная поверхность и пористость материала биомассы, которые возникают в результате механической обработки (например, в модуле 102), обеспечивают увеличение удельной поверхности для взаимодействия волокна и микроорганизма, таким образом, усиливая это взаимодействие. Иммобилизованные клетки являются более производительными, увеличивая эффективность и выход процесса ферментации и предот-4 021190 вращая преждевременное "застывание" процесса. Следует отметить, что если перемешивание осуществляют в процессе ферментации, перемешивание предпочтительно является относительно мягким (с низким усилием сдвига), чтобы сводить к минимуму нарушение взаимодействия между микроорганизмами и волокнами. В некоторых вариантах осуществления используют струйное перемешивание, как описано в патентных заявках США 61/218832 и 61/179995, полные описания которых включены в настоящий документ посредством ссылки. При повторном рассмотрении фиг. 1 видно, что при ферментации образуется неочищенная смесь на основе этанола, которая втекает в резервуар для хранения 110. Вода или другой растворитель, а также другие неэтанольные компоненты отгоняют из неочищенной смеси этанола, используя отгоночную колонну 112, и этанол затем перегоняют, используя дистилляционный блок 114, например ректификационную колонну. Наконец, этанол можно сушить, используя молекулярное сито 116, денатурировать по мере необходимости и направлять на транспортировку желательным способом. В некоторых случаях системы, описанные в настоящем документе, или их компоненты могут быть портативными, чтобы систему можно было перевозить (например, железнодорожным, автомобильным или водным транспортом) из одного места в другое. Стадии способа, описанного в настоящем документе, можно осуществлять в одном илинескольких местах, и в некоторых случаях одну или более стадий можно осуществлять в процессе транспортировки. Такая мобильная обработка описана в патентной заявке США 12/374549 и в международной патентной заявкеWO 2008/011598, полные описания которых включены в настоящий документ посредством ссылки. Любые или все стадии способа, описанного в настоящем документе, можно осуществлять при температуре окружающей среды. При желании охлаждение и/или нагревание можно использовать в течение определенных стадий. Например, исходный материал можно охлаждать в процессе механической обработки, чтобы увеличить его хрупкость. В некоторых вариантах осуществления охлаждение используют до, во время или после первоначальной механической обработки и/или последующей механической обработки. Охлаждение можно осуществлять согласно описанию в патентной заявке США 12/502629,полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Кроме того, температуру в системе ферментации 106 можно регулировать, чтобы ускорить ферментацию. Физическая обработка Процессы физической обработки, которые можно использовать для изменения морфологии материала биомассы и/или функционализации материала, могут включать один или более из тех, которые описаны в настоящем документе, в том числе механическую обработку, химическую обработку, облучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз или паровой взрыв. Способы обработки можно использовать в виде сочетания двух, трех, четырех или даже всех данных технологий (в любом порядке). Когда используют более чем один способ обработки, эти способы можно использовать в одно и то же время или в различные сроки. Другие способы, которыми функционализируют исходный материал биомассы и/или изменяют его морфологию, можно также использовать как индивидуально, так и в сочетании со способами, описанными в настоящем документе. Механическая обработка В некоторых случаях способы могут включать механическую обработку исходного материала биомассы. Виды механической обработки включают, например, резку, измельчение, прессование, дробление, деформирование и рубку. Измельчение может включать, например, шаровой, молотковый, роторный/статорный сухой или мокрый помол или другие виды измельчения. Другие виды механической обработки включают, например, измельчение жерновами, растрескивание, механическую резку или разрывание, стержневое шлифование или воздушный дисковый помол. Механическая обработка может иметь преимущество для "подготовки", "растяжения", измельчения и дробления целлюлозных или лигноцеллюлозных материалов, делая целлюлозу материалов более восприимчивой к расщеплению цепи и/или уменьшению степени кристалличности. Подготовленные материалы могут также быть более восприимчивыми к окислению в случае облучения. В некоторых случаях механическая обработка может включать первоначальную подготовку полученного исходного материала, например измельчение материалов, в том числе посредством резки, дробления, помола, распыления или рубки. Например, в некоторых случаях рыхлый исходный материал (например, вторичная бумага, крахмальные материалы или просо прутьевидное) подготавливают резкой или измельчением. В качестве альтернативы или дополнительно исходный материал можно сначала физически обрабатывать одним или несколькими из числа других физических способов обработки, включая, например,химическую обработку, излучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз или паровой взрыв, и затем механически обрабатывать. Такая последовательность может иметь преимущество, так как материалы, обработанные одним или более способами, включая, например, облучение или пиролиз, склонны к большей хрупкости и, следовательно, может оказаться более легким внесение дальнейших изменений в молекулярную структуру материала посредством механической обработки. В некоторых вариантах осуществления материал биомассы является волокнистым, и механическая обработка включает резку, чтобы открыть волокна волокнистого материала. Резку можно осуществлять,-5 021190 например, используя устройство для резания с дисковыми лезвиями. Другие способы механической обработки биомассы включают, например, помол или дробление. Помол можно осуществлять, используя,например, молотковую мельницу, шаровую мельницу, коллоидную мельницу, коническую или конусную мельницу, дисковую мельницу, бегунковую мельницу, мельницу марки Wiley или зерновую мельницу. Дробление можно осуществлять, используя, например, жерновую дробилку, стержневую дробилку, кофейную дробилку или жерновую мельницу. Дробление можно осуществлять, например, с помощью возвратно-поступательного стержня или другого элемента, как в случае стержневой мельницы. Другие механические способы обработки включают механическое резание или разрывание, другие способы, в которых к материалу прилагают давление, и воздушный дисковый помол. Подходящие виды механической обработки дополнительно включают любые другие способы, которые изменяют молекулярную структуру или морфологию материала биомассы. При желании механически обработанный материал можно пропускать через сито, например, имеющее средний размер отверстий, составляющий 1,59 мм или менее (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма). В некоторых вариантах осуществления резку или другую механическую обработку и просеивание осуществляют одновременно. Например, резак с дисковыми лезвиями можно использовать для одновременной резки и просеивания материала биомассы. Биомасса режется между неподвижными лезвиями и вращающимися лезвиями, производя измельченный материал, который проходит сквозь сито и собирается в бункере. Материал биомассы можно механически обрабатывать в сухом состоянии (например, при небольшом или нулевом содержании воды на его поверхности), гидратированном состоянии (например, при содержании до 10 мас.% абсорбированной воды) или во влажном состоянии, например, при содержании от приблизительно 10 до приблизительно 75 мас.% воды. Материал биомассы можно даже механически обрабатывать в состоянии частичного или полного погружения в жидкость, включая воду, этанол или изопропанол. Материал биомассы можно также механически обрабатывать в среде газа (например, в потоке или атмосфере газа, который не является воздухом), например кислорода, или азота, или пара. Механическая обработка системы может быть приспособлена для образования потоков с определенными морфологическими характеристиками, включая, например, удельную поверхность, пористость,объемную плотность и, в случае волокнистых исходных материалов, характеристики волокна, в том числе отношение длины к ширине. В некоторых вариантах осуществления удельная поверхность по методу BET механически обработанного материала составляет более чем 0,1 м 2/г, например более чем 0,25 м 2/г, более чем 0,5 м 2/г, более чем 1,0 м 2/г, более чем 1,5 м 2/г, более чем 1,75 м 2/г, более чем 5,0 м 2/г, более чем 10 м 2/г, более чем 25 м 2/г, более чем 35 м 2/г, более чем 50 м 2/г, более чем 60 м 2/г, более чем 75 м 2/г, более чем 100 м 2/г, более чем 150 м 2/г, более чем 200 м 2/г или даже более чем 250 м 2/г. Пористость механически обработанного материала может составлять, например, более чем 20%,более чем 25%, более чем 35%, более чем 50%, более чем 60%, более чем 70%, более чем 80%, более чем 85%, более чем 90%, более чем 92%, более чем 94%, более чем 95%, более чем 97,5%, более чем 99% или даже более чем 99,5%. В некоторых вариантах осуществления после механической обработки материал имеет объемную плотность, составляющую менее чем 0,25 г/см 3, например 0,20 г/см 3, 0,15 г/см 3, 0,10 г/см 3, 0,05 г/см 3 или менее, например 0,025 г/см 3. Объемную плотность определяют, используя американский стандартный метод испытаний ASTM D1895B. Вкратце, этот способ включает наполнение образцом мерного цилиндра известного объема и измерение массы данного образца. Объемную плотность вычисляют делением массы образца в граммах на известный объем цилиндра в кубических сантиметрах. Если биомасса представляет собой волокнистый материал, волокна механически обработанного материала могут иметь относительно большое среднее отношение длины к диаметру (например, более чем 20/1), даже если их резали более чем однократно. Кроме того, волокна волокнистых материалов, описанных в настоящем документе, могут иметь относительно узкое распределение длины и/или отношения длины к диаметру. При использовании в настоящем документе средние значения ширины волокна (например, диаметры) представляют собой значения, определенные оптическим способом при случайном выборе приблизительно 5000 волокон. Средние значения длины волокна представляют собой исправленные значения взвешенной по длине длины. Значения удельной поверхности по методу BET представляют собой многоточечные значения удельной поверхности, и значения пористости представляют собой значения, определенные методом ртутной порометрии. Если биомасса представляет собой волокнистый материал, среднее отношение длины к диаметру волокон механически обработанного материала может составлять, например, более чем 8/1, например более чем 10/1, более чем 15/1, более чем 20/1, более чем 25/1 или более чем50/1. Средняя длина волокна механически обработанного материала может составлять, например, приблизительно от 0,5 до 2,5 мм,например приблизительно от 0,75 до 1,0 мм, и средняя ширина (например, диаметр) второго волокнистого материала 14 может составлять, например, приблизительно от 5 до 50 мкм, например приблизительно от 10 до 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления, если биомасса представляет собой волокнистый материал,-6 021190 стандартное отклонение длины волокна механически обработанного материала может составлять менее чем 60% средней длины волокна механически обработанного материала, например менее чем 50% средней длины, менее чем 40% средней длины, менее чем 25% средней длины, менее чем 10% средней длины, менее чем 5% средней длины или даже менее чем 1% средней длины. В некоторых ситуациях может оказаться желательным приготовление материала с низкой объемной плотностью, уплотнение материала (например, чтобы сделать более простой и менее дорогостоящей его транспортировку в другое место) и последующее возвращение материала в состояние с пониженной объемной плотностью. Уплотненные материалы можно обрабатывать любыми из способов, описанных в настоящем документе, или любой материал, обработанный любыми из способов, описанных в настоящем документе, можно затем уплотнять, например, как описано в патентной заявке США 12/429045 и в международной патентной заявкеWO 2008/073186, полные описания которых включены в настоящий документ посредством ссылки. Обработка излучением Одну или более методик обработки излучением можно использовать для обработки биомассы, например для функционализации материала. Излучением можно также стерилизовать материалы или любую среду, требуемую для биологической обработки материала. В некоторых вариантах осуществления на материал воздействует энергия, которая выбивает электрон с его атомной орбитали и используется для облучения материалов. Излучение могут создавать (1) тяжелые заряженные частицы, в том числе -частицы или протоны, (2) электроны, образующиеся, например, при -распаде или в ускорителях электронного пучка, или (3) электромагнитное излучение, например -излучение, рентгеновское излучение или ультрафиолетовое излучение. В одном подходе излучение, производимое радиоактивными веществами, можно использовать для облучения исходного материала. В другом подходе электромагнитное излучение (например, полученное с помощью генераторов электронного пучка) можно использовать для облучения исходного материала. В некоторых вариантах осуществления можно использовать любое сочетание способов (1)-(3), применяемых в любом порядке или одновременно. Используемые дозы облучения зависят от требуемого эффекта и конкретного исходного материала. В некоторых случаях, когда желательно расщепление цепи и/или желательна функционализация цепи полимера, можно использовать более тяжелые частицы, чем электроны, в том числе протоны, ядра гелия, ионы аргона, ионы кремния, ионы неона, ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота. Когда желательно расщепление цепи с раскрытием цикла, можно использовать положительно заряженные частицы вследствие их свойств кислоты Льюиса для ускорения расщепления цепи с раскрытием цикла. Например, когда требуется максимальное окисление, можно использовать ионы кислорода, и когда требуется максимальное нитрование, можно использовать ионы азота. Использование тяжелых частиц и положительно заряженных частиц описано в патентной заявке США 12/417699, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. В одном способе первый материал, который представляет собой или включает целлюлозу, имеющую среднечисленную молекулярную массу (MN1), облучают, например, путем воздействия ионизирующего излучения (например, в виде -излучения, рентгеновского излучения, ультрафиолетового (УФ) света с длиной волны от 100 до 280 нм, пучка электронов или других заряженных частиц), чтобы получить второй материал, который включает целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу (MN2), которая составляет меньше, чем первая среднечисленная молекулярная масса. Второй материал(или первый и второй материалы) можно сочетать с микроорганизмом (с применением или без применения ферментативной обработки), который может использовать второй и/или первый материал или содержащиеся в нем сахара или лигнин для получения промежуточного или конечного продукта, в том числе тех, которые описаны в настоящем документе. Так как второй материал включает целлюлозу, имеющую меньшую молекулярную массу по сравнению с первым материалом и в некоторых случаях также и меньшую степень кристалличности, второй материал обычно лучше диспергируется, набухает и/или растворяется, например, в растворе, содержащем микроорганизм и/или фермент. Эти свойства делают второй материал легче обрабатываемым и более восприимчивым к химическому, ферментативному и/или биологическому воздействию по сравнению с первым материалом, что может значительно повышать скорость производства и/или уровень производства целевого продукта, например этанола. В некоторых вариантах осуществления вторая среднечисленная молекулярная масса (MN2) ниже,чем первая среднечисленная молекулярная масса (MN1) более чем на приблизительно 10%, например более чем на приблизительно 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60% или даже более чем приблизительно на 75%. В некоторых случаях второй материал включает целлюлозу, которая имеет кристалличность (С 2),которая ниже, чем кристалличность (C1) целлюлозы первого материала. Например, значение С 2 может быть ниже, чем значение С 1 более чем приблизительно на 10%, например более чем приблизительно на 15, 20, 25, 30, 35, 40 или даже более чем приблизительно на 50%. В некоторых вариантах осуществления исходный индекс кристалличности (до облучения) состав-7 021190 ляет от приблизительно 40 до приблизительно 87,5%, например от приблизительно 50 до приблизительно 75% или от приблизительно 60 до 70%, и индекс кристалличности после облучения составляет от приблизительно 10 до 50%, например от приблизительно 15 до приблизительно 45% или от приблизительно 20 до приблизительно 40%. Однако в некоторых вариантах осуществления, например, после высокой дозы облучения можно получить индекс кристалличности, составляющий менее чем 5%. В некоторых вариантах осуществления материал после облучения является практически аморфным. В некоторых вариантах осуществления исходная среднечисленная молекулярная масса (до облучения) составляет от приблизительно 200000 до приблизительно 3200000, например от приблизительно 250000 до приблизительно 1000000 или от приблизительно 250000 до приблизительно 700000, и среднечисленная молекулярная масса после облучения составляет от приблизительно 50000 до приблизительно 200000, например от приблизительно 60000 до приблизительно 150000 или от приблизительно 70000 до приблизительно 125000. Однако в некоторых вариантах осуществления, например, после высокой дозы облучения можно получить среднечисленную молекулярную массу, составляющую менее чем приблизительно 10000 или даже менее чем приблизительно 5000. В некоторых вариантах осуществления второй материал может иметь уровень окисления (О 2), который выше, чем уровень окисления (O1) первого материала. Более высокий уровень окисления материала может способствовать возможности его диспергирования, набухания и/или растворения, дополнительно повышая восприимчивость материала к химическому, ферментативному или биологическому воздействию. В некоторых вариантах осуществления для увеличения уровня окисления второго материала по сравнению с первым материалом облучения осуществляют в окислительной среде, например в атмосфере воздуха или кислорода, получая второй материал, который является более окисленным, чем первый материал. Например, второй материал может иметь больше гидроксильных групп, альдегидных групп, кетонных групп, сложноэфирных групп или карбоксильных групп, что может повысить его гидрофильность. Ионизирующее излучение Каждый вид излучения ионизирует углеродсодержащий материал посредством определенного взаимодействия, которое определяет энергия излучения. Тяжелые заряженные частицы ионизируют вещество, главным образом, посредством кулоновского рассеяния; кроме того, в этих взаимодействиях образуются высокоэнергетические электроны, которые могут дополнительно ионизировать вещество. Частицы представляют собой ядра атомов гелия и образуются при -распаде ядер различных радиоактивных элементов, включая изотопы висмута, полония, астата, радона, франция, радия, ряда актинидов,включая актиний, торий, уран, нептуний, кюрий, калифорний, америций и плутоний. Когда используют частицы, они могут быть нейтральными (незаряженными), положительно заряженными или отрицательно заряженными. Когда частицы являются заряженными, они могут нести единичный положительный или отрицательный заряд, кратные заряды, например единичный, двойной,тройной или даже четверной или более высокие заряды. В тех случаях, где желательно расщепление цепи, могут оказаться желательными положительно заряженные частицы, отчасти вследствие своей кислотной природы. Когда используют частицы, эти частицы могут иметь массу покоя электрона или более высокую массу, которая, например, в 500, 1000, 1500, 2000, 10000 или даже 100000 раз превышает массу покоя электрона. Например, частицы могут иметь массу, составляющую от приблизительно 1 до приблизительно 150 атомных единиц, например от приблизительно 1 до приблизительно 50 атомных единиц или от приблизительно 1 до приблизительно 25, например 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 или 15 атомных единиц. Ускорители, используемые для ускорения частиц, могут представлять собой электростатические ускорители постоянного тока, электродинамические ускорители постоянного тока, радиочастотные линейные,магнитно-индукционные линейные или непрерывно-волновые устройства. Например, ускорители типа циклотрона поставляет фирма IBA (Бельгия), включая систему Rhodotron, в то время как ускорители постоянного тока поставляет фирма RDI (в настоящее время IBA Industrial), включая Dynamitron. Ионы и ионные ускорители обсуждаются в работах Introductory Nuclear Physics (Введение в ядерную физику),автор Kenneth S. Krane, издательство John WileySons, Inc., 1988 г.; Krsto Prelec, Fizika B6, 1997 г., т. 4,с. 177-206; Chu, William Т., "Overview of Light-ion Beam Therapy" (Обзор по терапии пучком легких ионов), конференция ICRU-IAEA, Колумбус, штат Огайо, 18-20 марта 2006 г.; Iwata, Y. и др, "AlternatingPhase-Focused IH-DTL for Heavy-ion Medical Accelerators" (Сфокусированный пролетно-трубчатый линейный ускоритель типа Н с чередующимися фазами для медицинских ускорителей тяжелых ионов),материалы ЕРАС 2006 г., Эдинбург (Шотландия); и Leaner, С.М. и др., "Status of the Superconducting ECRIon Source Venus" (Состояние сверхпроводящего электронного циклотронного резонансного источника ионов Venus), материалы ЕРАС 2000 г., Вена (Австрия).-Излучение имеет преимущество значительной глубины проникновения в разнообразные материалы. Источники -излучения включают ядра радиоактивных элементов, в том числе изотопы кобальта, кальция,технеция, хрома, галлия, индия, йода, железа, криптона, самария, селена, натрия, талия и ксенона. Источники рентгеновского излучения включают столкновение электронного пучка с металлическими мишенями, изготовленными, в том числе из вольфрама или молибдена или сплавов, или компакт-8 021190 ные источники света, в том числе те, которые производит фирма Lyncean. Источники ультрафиолетового излучения включают дейтериевые или кадмиевые лампы. Источники инфракрасного излучения включают керамические лампы с окном из сапфира, цинка или селенида. Источники микроволнового излучения включают клистроны, радиочастотные источники типа Слевина (Slevin) или источники атомных пучков, которые используют газы, в том числе водород, кислород или азот. В некоторых вариантах осуществления пучок электронов используют в качестве источника излучения. Пучок электронов имеет преимущества высокой мощности дозы (например, 1, 5 или даже 10 Мрад/с), высокой производительности, меньшего объема и меньшего содержания оборудования. Электроны могут также оказаться более эффективными в реакциях расщепления цепи. Кроме того, электроны, обладающие энергией от 4 до 10 МэВ, могут иметь глубину проникновения от 5 до 30 мм или более,в том числе 40 мм. Электронные пучки можно создавать, используя, например, электростатические генераторы, каскадные генераторы, генераторы-трансформаторы, низкоэнергетические ускорители с системой сканирования, низкоэнергетические ускорители с линейным катодом, линейные укорители и импульсные ускорители. Электроны в качестве источника ионизирующего излучения могут быть полезны, например, для относительно тонких срезов материала, например, менее чем 0,5 дюйма, например менее чем 0,4 дюйма,0,3 дюйма, 0,2 дюйма или менее чем 0,1 дюйма (12,7, 10,16, 7,62, 5,08 или 2,54 мм соответственно). В некоторых вариантах осуществления энергия каждого электрона в электронном пучке составляет от приблизительно 0,3 до приблизительно 2,0 МэВ (миллионов электрон-вольт), например от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5 МэВ или от приблизительно 0,7 до приблизительно 1,25 МэВ. Устройства для облучения электронным пучком могут серийно производить фирмы Ion Beam Applications (Лувэ-ла-Нев, Бельгия) или Titan Corporation (Сан-Диего, штат Калифорния). Типичные энергии электронов могут составлять 1, 2, 4,5, 7,5 или 10 МэВ. Типичная мощность устройства для облучения электронным пучком может составлять 1, 5, 10, 20, 50, 100, 250 или 500 кВт. Уровень деполимеризации исходного материала зависит от используемой энергии электронов и применяемой дозы, в то время как время облучения зависит от мощности и дозы. Типичные дозы могут принимать значения, составляющие 1 кГр (килогрэй), 5, 10, 20, 50, 100 или 200 кГр. Пучки ионных частиц Можно использовать более тяжелые частицы, чем электроны, чтобы облучать любой из материалов биомассы, описанных в настоящем документе. Например, можно использовать протоны, ядра гелия, ионы аргона, ионы кремния, ионы неона, ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота. В некоторых вариантах осуществления частицы тяжелее электронов могут вызывать более значительное расщепление цепи (по сравнению с частицами меньшей массы). В некоторых случаях положительно заряженные частицы могут производить более значительное расщепление цепи, чем отрицательно заряженные частицы, вследствие своей кислотности. Пучки более тяжелых частиц можно создавать, например, используя линейные ускорители или циклотроны. В некоторых вариантах осуществления энергия каждой частицы в пучке составляет от приблизительно 1,0 до приблизительно 6000 МэВ/ат.ед., например от приблизительно 3 до приблизительно 4800 МэВ/ат.ед. или от приблизительно 10 до приблизительно 1000 МэВ/ат.ед. (атомная единица). В определенных вариантах осуществления ионные пучки, используемые для облучения углеродсодержащих материалов, например материала биомассы, могут включать ионы более чем одного типа. Например, ионные пучки могут включать смеси ионов двух или более (например, трех, четырех или более) различных типов. Примерные смеси могут включать ионы углерода и протоны, ионы углерода и ионы кислорода, ионы азота и протоны и ионы железа и протоны. В более общем случае смеси любых указанных выше ионов (или любых других ионов) можно использовать для создания облучающих ионных пучков. В частности, смеси относительно легких и относительно тяжелых ионов можно использовать в одном ионном пучке. В некоторых вариантах осуществления ионные пучки для облучения материалов включают положительно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы могут включать, например, положительно заряженные ионы водорода (например, протоны), ионы инертных газов (включая, например, гелий, неон,аргон), ионы углерода, ионы азота, ионы кислорода, ионы кремния, ионы фосфора и ионы металлов, в том числе ионы натрия, ионы кальция и/или ионы железа. Без намерения следовать какой-либо теории,считают, что указанные положительно заряженные ионы проявляют химические свойства кислот Льюиса при воздействии на материалы, инициируя и поддерживая реакции катионного расщепления цепи с раскрытием цикла в окислительной среде. В определенных вариантах осуществления ионные пучки для облучения материалов включают отрицательно заряженные ионы. Отрицательно заряженные ионы могут включать, например, отрицательно заряженные водород ионы (например, гидрид-ионы) и отрицательно заряженные ионы различных относительно электроотрицательных ядер (например, ионы кислорода, ионы азота, ионы углерода, ионы кремния и ионы фосфора). Без намерения следовать какой-либо теории, считают, что такие отрицательно заряженные ионы проявляют химические свойства оснований Льюиса при воздействии на материалы,инициируя и поддерживая реакции катионного расщепления цепи с раскрытием цикла в восстановительной среде. В некоторых вариантах осуществления пучки для облучения материалов могут включать нейтральные атомы. Например, пучки, содержащие любой один или более видов атомов из числа, к которым относятся атомы водорода, атомы гелия, атомы углерода, атомы азота, атомы кислорода, атомы неона, атомы кремния, атомы фосфора, атомы аргона и атомы железа, используют для облучения материала биомассы. Как правило, в пучках могут присутствовать смеси атомов двух или более типов (например, трех или более, четырех или более или еще более типов). В определенных вариантах осуществления ионные пучки, используемые для облучения материалов,включают ионы с единичным зарядом, в том числе один или более из ионов Н+, Н-, Не+, Ne+, Ar+, С+, С-,O+, О-, N+, N-, Si+, Si-, P+, P-, Na+, Ca+ и Fe+. В некоторых вариантах осуществления ионные пучки могут включать ионы с кратными зарядами, в том числе один или более из ионов С 2+, С 3+, С 4+, N3+, N5+, N3-, О 2+,О 2-, О 22-, Si2+, Si4+, Si2- и Si4-. Как правило, ионные пучки могут также включать более сложные многоядерные ионы, которые несут кратные положительные или отрицательные заряды. В определенных вариантах осуществления в силу структуры многоядерного иона положительные или отрицательные заряды могут эффективно распределяться по практически всей структуре ионов. В некоторых вариантах осуществления положительные или отрицательные заряды могут в некоторой степени локализоваться на частях структуры ионов. Электромагнитное излучение В вариантах осуществления, в которых облучение осуществляют с помощью электромагнитного излучения, электромагнитное излучение может иметь, например, энергию на фотон (в электрон-вольтах),составляющую более чем 102 эВ, например более чем 103, 104, 105, 106 или даже более чем 107 эВ. В некоторых вариантах осуществления электромагнитное излучение имеет энергию на фотон, составляющую от 104 до 107, например от 105 до 106 эВ. Электромагнитное излучение может иметь частоту, составляющую, например, более чем 1016 Гц, более чем 1017, 1018, 1019, 1020 или даже более чем 1021 Гц. В некоторых вариантах осуществления электромагнитное излучение имеет частоту, составляющую от 1018 до 1022 Гц, например от 1019 до 1021 Гц. Гашение и регулируемая функционализация биомассы После обработки ионизирующим излучением любые из материалов или смесей, описанные в настоящем документе, могут становиться ионизированными; то есть обработанный материал может включать радикалы, которые можно обнаружить с помощью спектрометра электронного парамагнитного(спинового) резонанса. Если ионизированная биомасса остается в атмосфере, она будет окисляться, в том числе в такой степени, что карбоксильные группы образуются в реакции с атмосферным кислородом. В некоторых случаях для некоторых материалов такое окисление является желательным, потому что оно может способствовать дальнейшему уменьшению молекулярной массы углеводсодержащей биомассы, и окисление групп, например карбоксильных групп, может быть полезным для растворимости и использования микроорганизмов в некоторых случаях. Однако поскольку радикалы могут "жить" в течение некоторого времени после облучения, например более чем 1, 5, 30 суток, 3, 6 месяцев или даже более чем 1 год, свойства материала могут продолжать изменяться с течением времени, что в некоторых случаях может оказаться нежелательным. Таким образом, может оказаться желательным гашение ионизированного материала. После ионизации любой материал биомассы, который был ионизирован, можно гасить, чтобы уменьшить уровень радикалов в ионизированной биомассе, например, таким образом, чтобы радикалы перестали обнаруживаться с помощью спектрометра электронного парамагнитного резонанса. Например,радикалы можно гасить путем приложения достаточного давления к биомассе и/или путем использования в контакте с ионизированной биомассой текучей среды, в том числе газообразной или жидкой, которая вступает в реакцию (гашение) с радикалами. Введение газа или жидкости, чтобы, по меньшей мере,способствовать гашению радикалов, можно использовать для функционализации ионизированной биомассы путем образования функциональных групп желательного количества и вида, включая карбоксильные группы, енольные группы, альдегидные группы, нитрогруппы, нитрильные группы, аминогруппы,алкиламиногруппы, алкильные группы, хлоралкильные группы или хлорфторалкильные группы. В некоторых случаях такое гашение может улучшать устойчивость некоторых ионизированных материалов биомассы. Например, гашение может повышать стойкость биомассы к окислению. Функционализация путем гашения может также улучшать растворимость любой биомассы, описанной в настоящем документе, может повышать термическую устойчивость и может ускорять утилизацию материала разнообразными микроорганизмами. Например, функциональные группы, образующиеся в материале биомассы в процессе гашения, могут выступать в качестве мест специфической адсорбции для прикрепления микроорганизмов, например, чтобы ускорить гидролиз целлюлозы различными микроорганизмами. В некоторых вариантах осуществления гашение включает приложение давления к биомассе, в том числе посредством механической деформации биомассы, например непосредственного механического сжатия биомассы по одному, двум или трем направлениям, или приложением давления к текучей среде,- 10021190 в которую погружена биомасса, используя, например, изостатическое сжатие. В таких случаях сама деформация материала производит радикалы, которые часто захватываются в доменах кристаллической структуры в достаточно тесной близости друг от друга, в результате чего радикалы могут рекомбинировать или реагировать с другой группой. В некоторых случаях давление прилагают вместе с подведением тепла, в том числе достаточного количества тепла для повышения температуры биомассы выше температуры плавления или температуры размягчения компонента биомассы, в том числе лигнина, целлюлозы или гемицеллюлозы. Нагревание может повышать подвижность молекул материала, что может способствовать гашению радикалов. Когда давление используют для гашения, это давление может составлять более чем приблизительно 1000 фунтов на кв.дюйм (7 МПа), в том числе более чем приблизительно 1250 фунтов на кв.дюйм (8,75 МПа), 1450 фунтов на кв.дюйм (10,15 МПа), 3625 фунтов на кв.дюйм (25,38 МПа), 5075 фунтов на кв.дюйм (35,53 МПа), 7250 фунтов на кв.дюйм (50,75 МПа), 10000 фунтов на кв.дюйм (70 МПа) или даже более чем 15000 фунтов на кв.дюйм (105 МПа). В некоторых вариантах осуществления гашение включает контакт биомассы с текучей средой, в том числе жидкой или газообразной, например газом, способным реагировать с радикалами, в том числе ацетиленом или смесью ацетилена с азотом, этиленом, хлорированными этиленами или хлорфторэтиленами, пропиленом или смесью этих газов. В других определенных вариантах осуществления гашение включает контакт биомассы с жидкостью, например жидкостью, которая растворяется или, по меньшей мере, способна проникать в биомассу и реагировать с радикалами, в том числе диеном, в том числе 1,5 циклооктадиеном. В некоторых особых вариантах осуществления гашение включает контакт биомассы с антиоксидантом, в том числе витамином Е. При необходимости исходный материал биомассы может включать диспергированный в ней антиоксидант, и гашение может происходить при контакте с радикалами антиоксиданта, диспергированого в исходном материале биомассы. Функционализацию можно усиливать, используя тяжелые заряженные ионы, в том числе любые из тяжелых ионов, описанных в настоящем документе. Например, если желательно ускорить окисление, для облучения можно использовать заряженные ионы кислорода. Если желательны азотные функциональные группы, можно использовать ионы азота или анионы, которые включают азот. Аналогичным образом,если желательны содержащие серу или фосфор группы, в облучении можно использовать ионы серы или фосфора. Дозы В некоторых случаях облучение осуществляют при мощности дозы, составляющей более чем приблизительно 0,25 Мрад/с, например более чем приблизительно 0,5, 0,75, 1,0, 1,5, 2,0 или даже более чем приблизительно 2,5 Мрад/с. В некоторых вариантах осуществления облучение осуществляют при мощности дозы, составляющей от 5,0 до 1500,0 крад/ч, например от 10,0 до 750,0 крад/ч или от 50,0 до 350,0 крад/ч. В некоторых вариантах осуществления облучение (при использовании любого источника излучения или сочетания источников) осуществляют до тех пор, пока материал не получит дозу, составляющую по меньшей мере 0,1 Мрад, по меньшей мере 0,25 Мрад, например по меньшей мере 1,0 Мрад, по меньшей мере 2,5 Мрад, по меньшей мере 5,0 Мрад, по меньшей мере 10,0 Мрад, по меньшей мере 60 Мрад или по меньшей мере 100 Мрад. В некоторых вариантах осуществления облучение осуществляют до тех пор,пока материал не получит дозу, составляющую от приблизительно 0,1 до приблизительно 500 Мрад, от приблизительно 0,5 до приблизительно 200 Мрад, от приблизительно 1 до приблизительно 100 Мрад или от приблизительно 5 до приблизительно 60 Мрад. В некоторых вариантах осуществления применяют относительно низкую дозу облучения, составляющую, например, менее чем 60 Мрад. Ультразвуковая обработка Ультразвуковая обработка может уменьшать молекулярную массу и/или кристалличность материалов, в том числе одного или более из любых материалов, описанных в настоящем документе, включая,например, один или более углеводных источников, в том числе целлюлозные или лигноцеллюлозные материалы или крахмальные материалы. Ультразвуковую обработку можно также использовать для стерилизации материалов. В одном способе первый материал, который включает целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу (MN1), диспергирован в среде, в том числе воде, и обработан ультразвуком и/или иным способом подвергнут кавитации, чтобы получить второй материал, который включает целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу (MN2), которая ниже, чем первая среднечисленная молекулярная масса. Второй материал (или первый и второй материал в определенных вариантах осуществления) можно сочетать с микроорганизмом (с применением или без применения ферментативной обработки), который может использовать второй и/или первый материал, чтобы производить промежуточный или конечный продукт. Так как второй материал включает целлюлозу, имеющую уменьшенную молекулярную массу по сравнению с первым материалом, а в некоторых случаях также и уменьшенную кристалличность, второй материал, как правило, лучше диспергируется, набухает и/или растворяется, например, в растворе, содержащем микроорганизм. В некоторых вариантах осуществления вторая среднечисленная молекулярная масса (MN2) состав- 11021190 ляет меньше, чем первая среднечисленная молекулярная масса (MN1) более чем приблизительно на 10%,например более чем приблизительно на 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60% или даже более чем приблизительно на 75%. В некоторых случаях второй материал включает целлюлозу, которая имеет кристалличность (С 2),которая составляет меньше, чем кристалличность (С 1) целлюлозы первого материала. Например, величина С 2 может быть меньше, чем величина C1 более чем приблизительно на 10%, например более чем приблизительно на 15, 20, 25, 30, 35, 40 или даже более чем приблизительно на 50%. В некоторых вариантах осуществления исходный индекс кристалличности (до ультразвуковой обработки) составляет от приблизительно 40 до приблизительно 87,5%, например от приблизительно 50 до приблизительно 75% или от приблизительно 60 до приблизительно 70%, и индекс кристалличности после ультразвуковой обработки составляет от приблизительно 10 до приблизительно 50%, например от приблизительно 15 до приблизительно 45% или от приблизительно 20 до приблизительно 40%. Однако в определенных вариантах осуществления, например после значительной ультразвуковой обработки, можно получить индекс кристалличности, составляющий менее чем 5%. В некоторых вариантах осуществления материал после ультразвуковой обработки является практически аморфным. В некоторых вариантах осуществления исходная среднечисленная молекулярная масса (до ультразвуковой обработки) составляет от приблизительно 200000 до приблизительно 3200000, например от приблизительно 250000 до приблизительно 1000000 или от приблизительно 250000 до приблизительно 700000, и среднечисленная молекулярная масса после ультразвуковой обработки составляет от приблизительно 50000 до приблизительно 200000, например от приблизительно 60000 до приблизительно 150000 или от приблизительно 70000 до приблизительно 125000. Однако в некоторых вариантах осуществления, например после значительной ультразвуковой обработки, можно получить среднечисленную молекулярную массу, составляющую менее чем приблизительно 10000 или даже менее чем приблизительно 5000. В некоторых вариантах осуществления второй материал может иметь уровень окисления (О 2), который выше, чем уровень окисления (O1) первого материала. Более высокий уровень окисления материала может способствовать возможности его диспергирования, набухания и/или растворения, дополнительно повышая восприимчивость материала к химическому, ферментативному или микробному воздействию. В некоторых вариантах осуществления, чтобы повысить уровень окисления второго материала по сравнению с первым материалом, ультразвуковую обработку осуществляют в окислительной среде, получая второй материал, который является в большей степени окисленным, чем первый материал. Например, второй материал может содержать больше гидроксильных групп, альдегидных групп, кетонных групп, сложноэфирных групп или карбоксильных групп, что может увеличить его гидрофильность. В некоторых вариантах осуществления среда ультразвуковой обработки представляет собой водную среду. При необходимости среда может включать окислитель, в том числе пероксид (например, пероксид водорода), диспергатор и/или буфер. Примеры диспергаторов включают ионные диспергаторы,например лаурилсульфат натрия, и неионные диспергаторы, например полиэтиленгликоль. В других вариантах осуществления среда ультразвуковой обработки является неводной. Например,ультразвуковую обработку можно осуществлять в углеводороде, включая, например, толуол или гептан,простом эфире, включая, например, диэтиловый эфир или тетрагидрофуран, или даже в сжиженном газе,включая, например, аргон, ксенон или азот. Пиролиз Можно использовать один или более способов пиролитической обработки, чтобы физически обрабатывать материал биомассы. Пиролиз можно также использовать для стерилизации материала. В одном примере первый материал, который включает целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу (MN1), подвергают пиролизу, например, путем нагревания первого материала в трубчатой печи (в присутствии или при отсутствии кислорода), чтобы получить второй материал,который включает целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу (MN2), которая ниже, чем первая среднечисленная молекулярная масса. Так как второй материал включает целлюлозу, имеющую уменьшенную молекулярную массу по сравнению с первым материалом, а в некоторых случаях также и уменьшенную кристалличность, второй материал, как правило, лучше диспергируется, набухает и/или растворяется, например, в растворе, содержащем микроорганизм. В некоторых вариантах осуществления вторая среднечисленная молекулярная масса (MN2) является ниже, чем первая среднечисленная молекулярная масса (MN1) более чем приблизительно на 10%, например более чем приблизительно на 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60% или даже более чем приблизительно на 75%. В некоторых случаях второй материал включает целлюлозу, которая имеет кристалличность (С 2),менее чем кристалличность (C1) целлюлозы первого материала. Например, значение (С 2) может быть ниже, чем значение (C1) более чем приблизительно на 10%, например более чем приблизительно на 15,20, 25, 30, 35, 40 или даже более чем приблизительно на 50%. В некоторых вариантах осуществления исходный индекс кристалличности (до пиролиза) составляет от приблизительно 40 до приблизительно 87,5%, например от приблизительно 50 до приблизительно 75% или от приблизительно 60 до приблизительно 70%, и индекс кристалличности после пиролиза составляет от приблизительно 10 до приблизительно 50%, например от приблизительно 15 до приблизительно 45% или от приблизительно 20 до приблизительно 40%. Однако в определенных вариантах осуществления, например после значительного пиролиза, можно получить индекс кристалличности, составляющий менее чем 5%. В некоторых вариантах осуществления материал после пиролиза является практически аморфным. В некоторых вариантах осуществления исходная среднечисленная молекулярная масса (до пиролиза) составляет от приблизительно 200000 до приблизительно 3200000, например от приблизительно 250000 до приблизительно 1000000 или от приблизительно 250000 до приблизительно 700000, и среднечисленная молекулярная масса после пиролиза составляет от приблизительно 50000 до приблизительно 200000, например от приблизительно 60000 до приблизительно 150000 или от приблизительно 70000 до приблизительно 125000. Однако в некоторых вариантах осуществления, например после значительного пиролиза, можно получить среднечисленную молекулярную массу, составляющую менее чем приблизительно 10000 или даже менее чем приблизительно 5000. В некоторых вариантах осуществления второй материал может иметь уровень окисления (О 2), который является выше, чем уровень окисления (O1) первого материала. Более высокий уровень окисления материала может способствовать возможности его диспергирования, набухания и/или растворения, дополнительно повышая восприимчивость материала к химическому, ферментативному или микробному воздействию. В некоторых вариантах осуществления, чтобы повысить уровень окисления второго материала по сравнению с первым материалом, пиролиз осуществляют в окислительной среде, получая второй материал, который является окисленным в большей степени, чем первый материал. Например, второй материал может содержать больше гидроксильных групп, альдегидных групп, кетонных групп,сложноэфирных групп или карбоксильных групп, чем первый материал, в результате чего увеличивается гидрофильность материала. В некоторых вариантах осуществления пиролиз материалов является непрерывным. В других вариантах осуществления материал подвергают пиролизу в течение заданного периода времени и затем оставляют охлаждаться в течение второго заданного периода времени, прежде чем снова подвергнуть его пиролизу. Окисление Один или более способов окислительной обработки можно использовать для физической обработки материала биомассы. Условия окисления можно изменять, например, в зависимости от содержания лигнина в исходном материале, причем более высокая степень окисления, как правило, является желательной для более высокого содержания лигнина в исходных материалах. В одном способе первый материал, который включает целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу (MN1) и имеет первое содержание кислорода (O1), окисляют, например, нагреванием первого материала в потоке воздуха или обогащенного кислородом воздуха, чтобы получить второй материал, который включает целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу(MN2), и имеет второе содержание кислорода (О 2), превышающее первое содержание кислорода (О 1). Вторая среднечисленная молекулярная масса второго материала, как правило, составляет меньше,чем первая среднечисленная молекулярная масса первого материала. Например, молекулярную массу можно уменьшать в такой же степени, как обсуждалось выше по отношению к другим видам физической обработки. Кристалличность второго материала можно также уменьшать в такой же степени, как обсуждалось выше по отношению к другим видам физической обработки. В некоторых вариантах осуществления второе содержание кислорода составляет по меньшей мере приблизительно на 5% выше, чем первое содержание кислорода, например на 7,5% выше, на 10,0% выше, на 12,5% выше, на 15,0% выше или на 17,5% выше. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления второе содержание кислорода составляет по меньшей мере приблизительно на 20,0% выше,чем первое содержание кислорода первого материала. Содержание кислорода измеряют элементным анализом путем пиролиза образца в печи, работающей при 1300 С или более высокой температуре. Подходящим устройством для элементного анализа является анализатор LECO CHNS-932 с печью VTF-900 для высокотемпературного пиролиза. Как правило, окисление материала происходит в окислительной среде. Например, окисление можно осуществлять или ему можно способствовать путем пиролиза в окислительной среде, в том числе в атмосфере воздуха или обогащенного воздухом аргона. Чтобы способствовать окислению, можно добавлять различные химические реагенты, в том числе окислители, кислоты или основания к материалу до, или во время окисления. Например, пероксид (например, бензоилпероксид) можно добавлять до окисления. В некоторых окислительных способах уменьшения стойкости исходного материала биомассы используют химические реакции типа реакции Фентона (Fenton). Такие способы описаны, например, в патентной заявке США 12/639289, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Примерные окислители включают пероксиды, в том числе пероксид водорода и бензоилпероксид,- 13021190 персульфаты, в том числе персульфат аммония, активированные формы кислорода, в том числе озон,перманганаты, в том числе перманганат калия, перхлораты, в том числе перхлорат натрия, и гипохлориты, в том числе гипохлорит натрия (отбеливатель для домашнего хозяйства). В некоторых ситуациях в процессе контакта величину рН поддерживают на уровне или ниже чем приблизительно 5,5, в том числе в интервале от 1 до 5, от 2 до 5, от 2,5 до 5 или от приблизительно 3 до 5. Условия окисления могут также включать период контакта, составляющий от 2 до 12 ч, например от 4 до 10 ч или от 5 до 8 ч. В некоторых случаях температуру поддерживают на уровне или ниже чем 300 С, например на уровне или ниже 250, 200, 150, 100 или 50 С. В некоторых случаях температура остается практически равной температуре окружающей среды, например на уровне или приблизительно 20-25 С. В некоторых вариантах осуществления один или более окислителей используют в виде газа, в том числе путем образования озона на месте использования при облучении материала через воздух пучком частиц, в том числе электронов. В некоторых вариантах осуществления смесь дополнительно включает один или более гидрохинонов, в том числе 2,5-диметоксигидрохинон (DMHQ) и/или один или более бензохинонов, в том числе 2,5 диметокси-1,4-бензохинон (DMBQ), которые могут способствовать в реакции переноса электронов. В некоторых вариантах осуществления один или более окислителей электрохимически получают на месте применения. Например, пероксид водорода и/или озон можно электрохимически производить в контакте или в реакционном сосуде. Другие способы функционализации Любые из способов данного параграфа можно использовать индивидуально без каких-либо способов, описанных в настоящем документе, или в сочетании с любыми из способов, описанных в настоящем документе (в любом порядке): паровой взрыв, химическая обработка (например, кислотная обработка(включая кислотную обработку концентрированными и разбавленными минеральными кислотами, в том числе серной кислотой, соляной кислотой, и органическими кислотами, в том числе трифторуксусной кислотой) и/или щелочная обработка (например, обработка известью или гидроксидом натрия, ультрафиолетовое облучение, обработка методом червячной экструзии (см., например, патентную заявку США 61/115398, поданную 17 ноября 2008 г.), обработка растворителями (например, обработка ионными жидкостями) и криопомол (см., например, патентную заявку США 12/502629). Ферментация Микроорганизмы могут производить ряд полезных промежуточных и конечных продуктов, в том числе те, которые описаны в настоящем документе, путем ферментации низкомолекулярного сахара в присутствии функционализированного материала биомассы. Например, в ходе ферментации или других биопроцессов можно получать спирты, органические кислоты, углеводороды, водород, белки или смеси любых данных материалов. Микроорганизм может представлять собой природный микроорганизм или генетически модифицированный микроорганизм. Например, микроорганизм может представлять собой бактерию, например целлюлитическую бактерию, грибок, например дрожжи, растение или протист, например водоросль,простейшее или грибкоподобный протист, например слизевик (миксомицет). Когда организмы являются совместимыми, можно использовать смеси организмов. Подходящие для ферментации микроорганизмы обладают способностью конвертировать углеводы,в том числе глюкозу, ксилозу, арабинозу, маннозу, галактозу, олигосахариды или полисахариды, в продукты ферментации. Ферментирующие микроорганизмы включают штаммы рода Saccharomyces (сахарные грибки), например виды Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи), Saccharomyces distaticus, Saccharomyces uvarum; род Kluyveromyces, например виды Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces fragilis; род Candida (кандида), например Candida pseudotropicalis и Candida brassicae, Pichia stipitis (родственникGert Strand AB (Швеция) и FERMOL, поставщик DSM Specialties. В ферментации можно также использовать бактерии, например Zymomonas mobilis и Clostridiumthermocellum (Philippidis, 1996 г., см. выше). Оптимальное значение рН для дрожжей составляет приблизительно от 4 до 5, в то время как оптимальное значение рН для бактерий Zymomonas составляет приблизительно от 5 до 6. Типичные сроки ферментации составляют приблизительно от 24 до 96 ч при температуре в интервале от 26 до 40 С, одна- 14021190 ко термофильные микроорганизмы предпочитают более высокие температуры. В некоторых вариантах осуществления процесс ферментации можно прерывать полностью или частично, прежде чем низкомолекулярный сахар будет полностью конвертирован в этанол. Промежуточные продукты ферментации включают высококонцентрированные сахара и углеводы. Эти промежуточные продукты ферментации можно использовать в приготовлении пищи для человека или животных. Дополнительно или в качестве альтернативы промежуточные продукты ферментации можно молоть, получая мелкодисперсные частицы, используя лабораторную мельницу из нержавеющей стали и получая похожий на муку материал. Можно использовать мобильные ферментеры, которые описаны во временной патентной заявке США 60/832735 и в опубликованной в настоящее время международной патентной заявкеWO 2008/011598. Последующая обработка Дистилляция. После ферментации полученные текучие среды можно дистиллировать, используя, например,"бражную колонну", чтобы отделить этанол и другие спирты от составляющей основную массу воды и остаточной твердой фазы. Пар, выходящий из колонны, может содержать, например, 35 мас.% этанола и может поступать в ректификационную колонну. Почти азеотропную смесь (92,5%) этанола и воды из ректификационной колонны можно очищать и получать чистый (99,5%) этанол, используя парофазные молекулярные сита. Донные осадки из бражной колонны можно направлять на первую стадию трехстадийного испарителя. Дефлегматор ректификационной колонны может обеспечивать тепло для этой первой стадии. После первой стадии твердую фазу можно отделять с помощью центрифуги и сушить в роторной сушилке. Часть (25%) выходящей из центрифуги текучей среды можно возвращать на ферментацию, а остаток направлять на вторую и третью стадию испарителя. Большую часть конденсата из испарителя можно возвращать в процесс в виде достаточно чистого конденсата, а небольшую часть отделять для обработки сточной воды, чтобы предотвратить образование низкокипящих соединений. Промежуточные и конечные продукты. Способы, описанные в настоящем документе, можно использовать для производства одного или более промежуточных или конечных продуктов, включая энергию, топливо, пищевые продукты и материалы. Конкретные примеры продуктов включают, но не ограничиваются этим, водород, спирты (например, одноатомные спирты или двухатомные спирты, в том числе этанол, н-пропанол или н-бутанол),гидратированные или водные спирты, например, содержащие более чем 10, 20, 30 или даже более чем 40% воды, ксилит, сахара, биодизельное топливо, органические кислоты (например, уксусная кислота и/или молочная кислота), углеводороды, сопутствующие продукты (например, белки, в том числе целлюлитические белки (ферменты) или генетически однородные белки) и смеси любых данных продуктов в любых сочетаниях или относительных концентрациях, и необязательно в сочетании с любыми добавками, включая, например, топливные добавки. Другие примеры включают карбоновые кислоты, в том числе уксусную кислоту или масляную кислоту, соли карбоновых кислот, смеси карбоновых кислот и солей карбоновых кислот, сложные зфиры карбоновых кислот (например, метиловые, этиловые и нпропиловые сложные эфиры), кетоны (например, ацетон), альдегиды (например, ацетальдегид), ,ненасыщенные кислоты, в том числе акриловую кислоту, и олефины, в том числе этилен. Другие спирты и производные спиртов включают пропанол, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,3-пропандиол, метиловые или этиловые простые эфиры данных спиртов. Другие продукты включают метилакрилат, метилметакрилат, молочную кислоту, пропионовую кислоту, масляную кислоту, янтарную кислоту, 3 гидроксипропионовую кислоту, соли любых данных кислот и смеси любых кислот и соответствующих солей. Другие промежуточные и конечные продукты, включая продукты питания и фармацевтические изделия, описаны в патентной заявке США 12/417900, полное описание которой включено посредством ссылки в настоящий документ. Примеры Следующие примеры предназначены для иллюстрации, а не ограничения объема настоящего описания. Пример 1. Получение волокнистого материала из бумаги с многослойным покрытием. Партию, содержащую 1500 фунтов (681 кг) не бывших в употреблении полугаллоновых (1,89 л) упаковок для сока, изготовленных из белого крафт-картона с многослойным покрытием без печати,имеющего объемную плотность 20 фунтов на куб.фут (320 кг/м 3), получали от фирмы International Paper. Каждую упаковку складывали в плоское состояние и затем направляли в измельчитель Flinch Baugh мощностью 3 л.с. (2,24 кВт) со скоростью, составлявшей приблизительно от 15 до 20 фунтов/ч (1,89-2,52 г/с). Измельчитель был оборудован двумя 12-дюймовыми (30,48 см) вращающимися лезвиями, двумя неподвижными лезвиями и 0,30-дюймовым (7,62 мм) ситом на выходе. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали на уровне 0,10 дюйма (2,54 мм). Выходящий из измельчителя продукт напоминал конфетти и имел ширину от 0,1 до 0,5 дюйма (2,54-12,7 мм), длину от 0,25 до 1 дюйма (6,35-25,4 мм) и толщину, равную толщине исходного материала (приблизительно 0,075 дюйма или 1,9 мм). Напоминающий конфетти материал поступал в резак Munson модели SC30 с дисковыми лезвиями. Модель SC30 содержит четыре вращающихся лезвия, четыре неподвижных лезвия и сито на выходе,имеющее 1/8-дюймовые (3,18 мм) отверстия. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали приблизительно на уровне 0,020 дюйма (0,5 мм). Резак с дисковыми лезвиями разрезал напоминающие конфетти частицы в поперечном лезвиям направлении, разделяя частицы и образуя волокнистый материал со скоростью, составлявшей приблизительно один фунт/ч (0,126 г/с). Волокнистый материал имел удельную поверхность по методу BET 0,97480,0167 м 2/г, пористость 89,0437% и объемную плотность (при абсолютном давлении 0,53 фунта на кв.дюйм или 3,71 кПа) 0,1260 г/мл. Средняя длина волокон составляла 1,141 мм, и средняя ширина волокон составляла 0,027 мм, давая среднее соотношение L/D=42:1. Пример 2. Получение волокнистого материала из беленого крафт-картона. Партию, содержащую 1500 фунтов (681 кг) не бывшего в употреблении беленого белого крафткартона, имеющего объемную плотность 30 фунтов на куб.фут (480 кг/м 3), получали от фирмы International Paper. Материал складывали в плоское состояние и затем направляли в измельчитель Flinch Baugh мощностью 3 л.с. (2,24 кВт) со скоростью, составлявшей приблизительно от 15 до 20 фунтов/ч (1,89-2,52 г/с). Измельчитель был оборудован двумя 12-дюймовыми (30,48 см) вращающимися лезвиями, двумя неподвижными лезвиями и 0,30-дюймовым (7,62 мм) ситом на выходе. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали на уровне 0,10 дюйма (2,54 мм). Выходящий из измельчителя продукт напоминал конфетти и имел ширину от 0,1 до 0,5 дюйма (2,54-12,7 мм), длину от 0,25 до 1 дюйма (6,35-25,4 мм) и толщину, равную толщине исходного материала (приблизительно 0,075 дюйма или 1,9 мм). Напоминающий конфетти материал поступал в резак Munson модели SC30 с дисковыми лезвиями. Сито на выходе имело 1/8-дюймовые (3,18 мм) отверстия. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали приблизительно на уровне 0,020 дюйма (0,5 мм). Резак с дисковыми лезвиями разрезал напоминающие конфетти частицы в поперечном лезвиям направлении, разделяя частицы и образуя волокнистый материал со скоростью, составлявшей приблизительно 1 фунт/ч (0,126 г/с). Волокнистый материал имел удельную поверхность по методу BET 1,13160,0103 м 2/г, пористость 88,3285% и объемную плотность (при абсолютном давлении 0,53 фунта на кв.дюйм или 3,71 кПа) 0,1497 г/мл. Средняя длина волокон составляла 1,063 мм, и средняя ширина волокон составляла 0,0245 мм, давая среднее соотношение L/D=43:1. Пример 3. Получение дважды разрезанного волокнистого материала из беленого крафт-картона. Партию, содержащую 1500 фунтов (681 кг) не бывшего в употреблении беленого белого крафткартона, имеющего объемную плотность 30 фунтов на куб.фут (480 кг/м 3), получали от фирмы International Paper. Материал складывали в плоское состояние и затем направляли в измельчитель Flinch Baugh мощностью 3 л.с. (2,24 кВт) со скоростью, составлявшей приблизительно от 15 до 20 фунтов/ч (1,89-2,52 г/с). Измельчитель был оборудован двумя 12-дюймовыми (30,48 см) вращающимися лезвиями, двумя неподвижными лезвиями и 0,30-дюймовым (7,62 мм) ситом на выходе. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали на уровне 0,10 дюйма (2,54 мм). Выходящий из измельчителя продукт напоминал конфетти (см. выше). Напоминающий конфетти материал поступал в резакMunson модели SC30 с дисковыми лезвиями. Сито на выходе имело 1/16-дюймовые (1,59 мм) отверстия. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали приблизительно на уровне 0,020 дюйма (0,5 мм). Резак с дисковыми лезвиями разрезал напоминающие конфетти частицы, образуя волокнистый материал со скоростью, составлявшей приблизительно 1 фунт/ч (0,126 г/с). Полученный после первой резки материал поступал обратно и подвергался повторной резке в описанных выше условиях. Волокнистый материал имел удельную поверхность по методу BET 1,44080,0156 м 2/г, пористость 90,8998% и объемную плотность (при абсолютном давлении 0,53 фунта на кв.дюйм или 3,71 кПа) 0,1299 г/мл. Средняя длина волокон составляла 0,891 мм, и средняя ширина волокон составляла 0,026 мм, давая среднее соотношение L/D=34:1. Пример 4. Получение трижды разрезанного волокнистого материала из беленого крафт-картона. Партию, содержащую 1500 фунтов (681 кг) не бывшего в употреблении беленого белого крафткартона, имеющего объемную плотность 30 фунтов на куб.фут (480 кг/м 3), получали от фирмы International Paper. Материал складывали в плоское состояние и затем направляли в измельчитель Flinch Baugh мощностью 3 л.с. (2,24 кВт) со скоростью, составлявшей приблизительно от 15 до 20 фунтов/ч (1,89-2,52 г/с). Измельчитель был оборудован двумя 12-дюймовыми (30,48 см) вращающимися лезвиями, двумя неподвижными лезвиями и 0,30-дюймовым (7,62 мм) ситом на выходе. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали на уровне 0,10 дюйма (2,54 мм). Выходящий из измельчителя продукт напоминал конфетти (см. выше). Напоминающий конфетти материал поступал в резакMunson модели SC30 с дисковыми лезвиями. Сито на выходе имело 1/8-дюймовые (3,18 мм) отверстия. Расстояние между вращающимися и неподвижными лезвиями устанавливали приблизительно на уровне 0,020 дюйма (0,5 мм). Резак с дисковыми лезвиями разрезал напоминающие конфетти частицы в поперечном лезвиям направлении. Полученный после первой резки материал поступал обратно в резак с та- 16021190 кими же условиями, но сито заменяли ситом с 1/16-дюймовыми (1,59 мм) отверстиями. Материал резали. Полученный после второй резки материал поступал обратно в резак с такими же условиями, но сито заменяли ситом с 1/32-дюймовыми (0,79 мм) отверстиями. Материал резали. Полученный волокнистый материал имел удельную поверхность по методу BET 1,68970,0155 м 2/г, пористость 87,7163% и объемную плотность (при абсолютном давлении 0,53 фунта на кв.дюйм или 3,71 кПа) 0,1448 г/мл. Средняя длина волокон составляла 0,824 мм, и средняя ширина волокон составляла 0,0262 мм, давая среднее соотношение L/D=32:1. Пример 5. Обработка электронным пучком. Образцы обрабатывали электронным пучком, используя сводчатый непрерывный волновой ускоритель Rhodotron TT200, придающий электронам энергию 5 МэВ при выходной мощности 80 кВт. Табл. 1 описывает используемые параметры. Табл. 2 содержит номинальные дозы, использованные для образцов с данными номерами (в Мрад) и соответствующие дозы полученных образцов (в кГр). Таблица 1 Параметры ускорителя Rhodotron TT200 Например, доза 9,9 кГр была передана за 11 с при токе пучка 5 мА и линейной скорости 12,9 фут/мин (6,55 см/с). Время охлаждения между операциями обработки составляло приблизительно 2 мин. Пример 6. Способы определения молекулярной массы целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов гель-проникающей хроматографией. Целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы для анализа обрабатывали согласно примеру 4. Образцы материалов, представленных в следующих таблицах, включают крафт-бумагу (Р), пшеничную солому (WS), люцерну (А), целлюлозу (С), просо прутьевидное (SG), траву (G), крахмал (ST) и сахарозу(S). Число 132 в номере образца означает размер частиц материала после резки и пропускания через сито с отверстиями размером 1/32 дюйма (0,79 мм). Число после дефиса означает дозу излучения (Мрад), иUS означает ультразвуковую обработку. Например, образец под номером Р 132-10 означает крафтбумагу, которую нарезали до размера частиц 132 меш и облучали дозой 10 Мрад. Для образцов, которые облучали пучком электронов, число после дефиса означает количество энергии, переданной образцу. Например, образец под номером Р-100 е означает крафт-бумагу, которой передана доза энергии, составляющая приблизительно 100 Мрад или приблизительно 1000 кГр (табл. 2). Таблица 3 Средняя пиковая молекулярная масса облученной крафт-бумаги По-видимому, низкие дозы излучения увеличивают молекулярную массу некоторых материалов. 1 Мощность дозы=1 Мрад/ч. 2 Обработка в течение 30 мин ультразвуком (20 кГц) с помощью рупора мощностью 1000 Вт в условиях рециркуляции материала, диспергированного в воде. Таблица 4 Средняя пиковая молекулярная масса крафт-бумаги, облученной электронным пучком Таблица 5 Средняя пиковая молекулярная масса материала после -облучения Слияние пиков после обработки.По-видимому, низкие дозы излучения увеличивают молекулярную массу некоторых материалов. 1 Мощность дозы=1 Мрад/ч. 2 Обработка в течение 30 мин ультразвуком (20 кГц) с помощью рупора мощностью 1000 Вт в условиях рециркуляции материала, диспергированного в воде. Таблица 6 Средняя пиковая молекулярная масса материала, облученного электронным пучком Гель-проникающую хроматографию (GPC) используют, чтобы определить молекулярно-массовое распределение полимеров. В процессе анализа методом GPC раствор образца полимера пропускают через колонну, наполненную пористым гелем, который захватывает мелкие молекулы. Образец разделяют на основании молекулярного размера, причем более крупные молекулы элюируются быстрее, чем молекулы меньшего размера. Время удержания каждого компонента наиболее часто определяют, используя показатель преломления (RI), светорассеяние при испарении (ELS) или ультрафиолетовый (УФ) свет и сравнивая с калибровочной кривой. Полученные данные затем используют для вычисления молекулярно-массового распределения образца. Именно распределение молекулярных масс, а не отдельную молекулярную массу используют в качестве характеристики синтетических полимеров. Чтобы охарактеризовать это распределение, используют статистические средние значения. Наиболее распространенными из этих средних значений являются среднечисленная молекулярная масса (Mn) и среднемассовая молекулярная масса (Mw). Способы вычисления этих значений описаны в технике, например в примере 9 международной патентной заявкиWO 2008/073186. Индекс полидисперсности или PI определяют как отношение Mw/Mn. Чем больше значение PI, тем более широким или более дисперсным является данное распределение. Минимальное значение, которое может принимать PI, равно 1. Это значение представляет монодисперсный образец, то есть полимер, все молекулы которого в распределении имеют одинаковую молекулярную массу. Значение пиковой молекулярной массы (Мр) представляет собой еще одну характеристику, определяемую как вид молекулярно-массового распределения. Она означает молекулярную массу, которая яв- 20021190 ляется наиболее распространенной в данном распределении. Это значение также дает представление о сущности молекулярно-массового распределения. Большинство измерений методом GPC производят относительно различных стандартных полимеров. Точность результатов зависит от того, насколько близко совпадают характеристики анализируемого полимера и используемого стандарта. Ожидаемая ошибка в воспроизводимости между различными сериями отдельно калиброванных определений составляет приблизительно 5-10% и является характеристикой ограниченной точности анализа методом GPC. Следовательно, результаты GPC оказываются наиболее полезными, когда сравнение между молекулярно-массовыми распределениями различных образцов осуществляют в процессе одной и той же серии определений. Для лигноцеллюлозных образцов требовалось получение образца перед анализом методом GPC. Сначала готовили насыщенный раствор (8,4 мас.%) хлорида лития (LiCl) в диметилацетамиде (DMAc). Приблизительно 100 мг образца добавляли к приблизительно 10 г свежеприготовленного насыщенного раствора LiCl в DMAc и нагревали смесь до приблизительно 150-170 С при перемешивании в течение 1 ч. Полученные растворы обычно имели цвет от светло-желтого до темно-желтого. Температуру растворов снижали до приблизительно 100 С и продолжали нагревание в течение 2 ч. Температуру растворов затем снижали до приблизительно 50 С и нагревали растворы образцов в течение приблизительно 48-60 ч. Следует отметить, что образцы, облученные дозой 100 Мрад, легче солюбилизировались по сравнению с необработанными аналогичными образцами. Кроме того, измельченные образцы (обозначенные номером 132) имели несколько меньшие средние молекулярные массы по сравнению с неизмельченными образцами. Полученные растворы образцов разбавляли в соотношении 1:1, используя DMAc в качестве растворителя, и фильтровали через фильтр из политетрафторэтилена (PTFE) с размером отверстий 0,45 мкм. Профильтрованные растворы образцов затем анализировали методом GPC, используя параметры, описанные в табл. 7. Значения средней пиковой молекулярной массы (Мр) образцов, определенные методом гель-проникающей хроматографии (GPC), приведены в табл. 3-6. Каждый образец готовили в двух экземплярах и каждый приготовленный образец анализировали дважды (делая два впрыскивания), таким образом, для каждого образца делали по четыре впрыскивания. Стандартные образцы PS1A и PS1B из полистирола EasiCal использовали для построения калибровочной кривой для шкалы молекулярных масс, составляющей приблизительно от 580 до 750000 Да. Таблица 7 Условия анализа методом GPC Пример 7. Анализ поверхности методом времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов(ToF-SIMS). Времяпролетная масс-спектрометрия вторичных ионов (ToF-SIMS) представляет собой чувствительную к поверхности спектроскопию, в которой использовали импульсный пучок ионов (Cs или микрофокусированный Ga) для снятия молекул с наиболее внешней поверхности образца. Частицы снимали с атомных монослоев на поверхности (вторичные ионы). Эти частицы затем ускоряли в "пролетной трубке" и определяли их массу, измеряя точное время достижения ими детектора (т.е. время пролета). Метод ToF-SIMS предоставляет подробную информацию об элементарном и молекулярном составе поверхности, тонких слоях и границах раздела образца и обеспечивает полный трехмерный анализ. Его широко используют, включая полупроводники, полимеры, краски, покрытия, стекло, бумагу, металлы,керамику, биоматериалы, лекарственные средства и органические ткани. Так как ToF-SIMS представляет собой метод исследования, он обнаруживает все элементы периодической системы, включая Н. ДанныеToF-SIMS приведены в табл. 8-11. Использованные параметры приведены в табл. 12. Таблица 8 Нормированные средние интенсивности различных исследованных положительных ионов(нормирование относительно полного счета ионов 10000) Таблица 9 Нормированные средние интенсивности различных исследованных отрицательных ионов(нормирование относительно полного счета ионов 10000) Таблица 10 Нормированные средние интенсивности различных исследованных положительных ионов(нормирование относительно полного счета ионов 10000) Таблица 11 Нормированные средние интенсивности различных исследованных отрицательных ионов(нормирование относительно полного счета ионов 10000) Таблица 12 Параметры анализа методом ToF-SIMS В методе ToF-SIMS использовали фокусированный импульсный пучок частиц (обычно Cs или Ga),чтобы выбивать химические частицы с поверхности материала. Частицы, образующиеся вблизи места удара, чаше представляли собой диссоциированные ионы (положительные или отрицательные). Вторичные частицы, образующиеся дальше от места удара, чаще представляли собой молекулярные соединения, как правило, фрагменты более крупных органических макромолекул. Частицы затем ускорялись на пути пролета к детектору. Так как возможно измерение "времени пролета" частиц от момента удара до детектора в наносекундной шкале, можно обеспечить разрешение массы с точностью до тысячной доли единицы атомной массы (т.е. одной тысячной доли массы протона). В типичных условиях работы результаты анализа методом ToF-SIMS включают масс-спектр, содержащий все атомные массы в интервале от 0 до 10000 ат.ед., растровый пучок, производящий карты любой интересующей массы на субмикронной шкале, и профили глубины, полученные при снятии с поверхности слоев, распыляемых под действием ионного пучка. Анализ отрицательных ионов показал, что полимер содержал возрастающие количества групп CNO, CN и NO2. Пример 8. Порометрический анализ облученных материалов. Анализ размера и объема пор с помощью ртути (табл. 21) основан на нагнетании ртути (несмачивающей жидкости) в пористую структуру при строго регулируемом давлении. Так как ртуть не смачивает большинство веществ и не проникает самопроизвольно в поры под действием капиллярных сил, ее необходимо нагнетать в пустоты образца, прилагая внешнее давление. Давление, требуемое для заполнения пустот, обратно пропорционально размеру пор. Для заполнения крупных пустот требуется лишь небольшая величина усилия или давления, в то время как гораздо большее давление требуется для заполнения очень мелких пор. Таблица 21 Анализ распределения размера и объема пор методом ртутной порометрии Прибор AutoPore 9520 может создавать максимальное давление, составляющее 414 МПа или 60000 фунтов на кв.дюйм. Он содержит четыре камеры низкого давления для приготовления образцов и сбора макропорометрических данных при давлении от 0,2 до 50 фунтов на кв.дюйм (1,4-350 кПа). В двух камерах высокого давления сбор данных осуществляют при давлении от 25 до 60000 фунтов на кв.дюйм(0,175-414 МПа). Образец помещали в чашеобразное устройство, так называемый пенетрометр, который соединен со стеклянным капиллярным стержнем с металлическим покрытием. Когда ртуть проникала в пустоты и окружала образец, она опускалась по капиллярному стержню. Уход ртути из капиллярного стержня приводил к изменению электрической емкости. Это изменение емкости во время эксперимента пересчитывали в объем ртути, зная объем стержня используемого пенетрометра. Существуют разнообразные пенетрометры с различными размерами чаши (образца) и капилляров, чтобы можно было исследовать образцы большинства размеров и конфигураций. Приведенная ниже табл. 22 содержит некоторые ключевые параметры, вычисленные для каждого образца. Пример 9. Анализ размера частиц облученных материалов. Способ определения размера частиц по статическому светорассеянию основан на теории Ми (Mie),которая также включает в себя теорию Фраунгофера (Fraunhofer). Теория Ми прогнозирует соотношение интенсивности и угла как функцию размера для сферических рассеивающих частиц при том условии, что другие переменные системы являются известными и остаются постоянными. Эти переменные представляют собой длину волны падающего света и относительный показатель преломления материала образца. Применение теории Ми предоставляет подробную информацию о размере частиц. Табл. 23 представляет данные о размере частиц, включая медианный диаметр, средний диаметр и модальный диаметр в качестве параметров. Таблица 23 Размер частиц по лазерному светорассеянию (дисперсия сухого образца) Размер частиц определяли по лазерному светорассеянию (дисперсия сухого образца) с помощью прибора Malvern Mastersizer 2000, используя следующие условия: скорость подачи: 35%,давление диспергатора: 4 бар (0,4 МПа),оптическая модель: (2.610, l.000i), 1.000. Соответствующее количество образца помещали на вибрационный лоток. Скорость подачи и давление воздуха регулировали таким образом, чтобы частицы были хорошо диспергированы. Ключевой компонент представлял собой выбор давления воздуха, которое разрушало агломераты, но не нарушало целостность образца. Требуемое количество образца изменялось в зависимости от размера частиц. Как правило, для образцов с мелкими частицами требуется меньшее количество материала, чем для образцов с крупными частицами. Пример 10. Анализ удельной поверхности облученных материалов. Удельную поверхность каждого образца анализировали с помощью системы для ускоренного измерения удельной поверхности и порометрии Micromeritics ASAP 2420. Образцы получали предварительным дегазированием в течение 16 ч при 40 С. После этого вычисляли свободное пространство (в теплом и холодном состоянии) с гелием и затем трубку с образцом снова откачивали, чтобы удалить гелий. Сбор данных начинался после этого второго откачивания и состоял в установлении заданного давления, которое регулировало количество газа, введенного в образец. При каждом заданном давлении определяли и записывали количество адсорбированного газа и фактическое давление. Давление внутри трубки с образцом измеряли с помощью датчика. Дополнительные дозы газа продолжали вводить до достижения заданного давления и оставляли до равновесия. Количество адсорбированного газа определяли сложением многократных доз, введенных в образец. Давление и количество определяют изотерму адсорбции газа и используются для вычисления ряда параметров, включая удельную поверхность по методу BET (табл. 24). Таблица 24 Определение удельной поверхности по адсорбции газа Модель BET для изотерм представляет собой широкоиспользуемую теорию для вычисления удельной поверхности. Анализ включает определение емкости монослоя поверхности образца путем вычисления количества, требуемого для полного покрытия поверхности одним плотно упакованным слоем криптона. Емкость монослоя умножают на площадь поперечного сечения молекулы используемого в анализе газа, чтобы определить полную площадь поверхности. Удельная поверхность представляет собой отношение площади поверхности образца к массе образца. Пример 11. Определение длины волокон облученных материалов. Исследование распределения волокон по длине проводили трехкратным измерением представленных образцов с помощью системы Techpap MorFi LB01. Средние значения длины и ширины волокон представлены в табл. 25. Таблица 25 Определение длины и ширины лигноцеллюлозных волокон Пример 12. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR) облученной и необлученной крафт-бумаги. Анализ методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье проводили с помощью спектрометра Nicolet/Impact 400. Результаты показывали, что образцы Р 132, Р 132-10, Р 132-100, Р-1e, Р 5 е, Р-10 е, Р-30 е, Р-70 е и Р-100 е соответствовали материалу на основе целлюлозы. Фиг. 3 представляет инфракрасный спектр крафт-картона, измельченного согласно примеру 4, в то время как фиг. 4 представляет инфракрасный спектр крафт-картона на фиг. 3 после облучения дозой 100 Мрад -излучения. Облученный образец показывает дополнительный пик в области А (центр около 1730 см-1), который не обнаружен в спектре необлученного материала. Следует отметить, что было обнаружено увеличение поглощения карбонильных групп около 1650 см-1 при переходе от Р 132 к Р 132-10 и далее к Р 132-100. Аналогичные результаты наблюдали для образцов Р-1e, Р-5 е, Р-10 е, Р-30 е, Р-70 е и Р-100 е. Пример 13. Спектры ядерного магнитного резонанса протонов и атомов углерода-13 (спектры ЯМР 1 Н и 13 С) облученной и необлученной крафт-бумаги. Приготовление образцов. Образцы Р 132, Р 132-10, Р 132-100, Р-1e, Р-5 е, Р-10 е, Р-30 е, Р-70 е и Р-100 е для анализа приготовляли в виде раствора в полностью дейтерированном диметилсульфоксиде (DMSO-d6), содержащем 2% тригидрата фторида тетрабутиламмония. Образцы, которые подвергали меньшим дозам облучения, проявляли значительно меньшую растворимость, чем образцы, получившие более высокую дозу облучения. Необлученные образцы образовывали гель в этой системе растворителя, но нагревание до 60 С приводило к разрешению пиков в спектре ЯМР. Образцы, получившие более высокие дозы облучения, были растворимы при концентрации 10 мас.%. Анализ. Спектры ЯМР 1 Н образцов в концентрации 15 мг/мл показали очень широкий отличительный пик резонанса с центром при 16 м.д. (фиг. 5A-5J). Этот пик является характерным для подвижного протона ОН-группы, что было подтверждено встряхиванием с "тяжелой водой D2O". Анализ модельных соединений (ацетилацетон, глюкуроновая кислота и кетогулоновая кислота) убедительно показал, что этот пик был действительно обусловлен подвижным енольным протоном. Этот предполагаемый енольный пик был очень чувствительным к концентрации, и авторы не смогли установить, был ли резонансный сигнал обусловлен енолом или может быть карбоновой кислотой. Резонансные сигналы протонов карбоксильных групп модельных соединений были аналогичны тем, которые наблюдали для образцов необработанной целлюлозы. Эти модельные соединения показывали сильнопольный сдвиг приблизительно на 5-6 м.д. Приготовление образца Р-100 е с более высокой концентрацией (10 мас.%) привело к резкому слабопольному сдвигу в область сигналов карбоксильных кислот модельных соединений (6 м.д.) (фиг. 5N). Эти результаты привели к выводу о том, что этот резонансный сигнал не является надежной характеристикой данной функциональной группы, однако данные показывают, что количество подвижных атомов водорода увеличивается при увеличении дозы облучения образца. Кроме того, винильные протоны не были обнаружены. Спектры ЯМР 13 С образцов подтверждают присутствие карбонильной группы карбоновой кислоты или производного карбоновой кислоты. Этот новый пик (при 168 м.д.) не присутствует в спектре необработанных образцов (фиг. 5K). Спектр ЯМР 13 С с длительной задержкой позволил количественно определить данный сигнал для образца Р-100 е (фиг. 5L-5M). Сравнение интегрирования сигнала карбонильной группы с сигналами около 100 м.д. (сигналы атома С 1) показывает, что отношение карбонильного атома углерода к С 1 составляет 1:13,8, что приблизительно соответствует одной карбонильной группе на 14 звеньев глюкозы. Химический сдвиг при 100 м.д. хорошо соответствует глюкуроновой кислоте. Титрование. Образцы Р-100 е и Р 132-100 (1 г) суспендировали в деионизированной воде (25 мл). При перемешивании к каждому образцу добавляли индикатор ализариновый желтый. Образец Р-100 е смачивался с большим трудом. Оба образца титровали раствором 0,2 М NaOH. Конечную точку определяли с трудом и значение рН подтверждали с помощью индикаторной бумаги. Исходное значение рН образцов составляло приблизительно 4 для обоих образцов. Для образца Р 132-100 потребовалось 0,4 мэкв. гидроксида, что дает молекулярную массу карбоновой кислоты, равную 2500 ат.ед. Если считать массу мономера как 180 ат.ед., то одна карбоксильная группа будет приходиться на 13,9 мономерных звеньев. Аналогичным образом, для образца Р-100 е потребовалось 3,2 мэкв. гидроксида, что соответствует одной карбоксильной группе на 17,4 мономерных звена. Выводы. Атом углерода С-6 целлюлозы, по-видимому, окисляется в карбоновую кислоту (производное глюкуроновой кислоты), причем окисление является неожиданно специфическим. Это окисление согласуется с полосой около 1740 см-1 в инфракрасном спектре, интенсивность которой растет при облучении и которая соответствует алифатической карбоновой кислоте. Результаты титрования согласуются с количественным методом анализа ЯМР 13 С. Увеличение растворимости образца при более высоких уровнях облучения согласуется с увеличением количества карбоновых кислот протонов. Предполагаемый механизм разложения целлюлозы с "окислением атома С-6" представлен ниже на схеме 1. Пример 14. Микробное испытание предварительно обработанной биомассы. Определенные лигноцеллюлозные материалы, предварительно обработанные согласно описанию в настоящем документе, анализировали на токсичность по отношению к обычным штаммам дрожжей и бактерий, используемым в биотопливной промышленности на стадии ферментации в производстве этанола. Кроме того, исследовали содержание сахара и совместимость с целлюлазными ферментами, чтобы определить возможность осуществления данного способа обработки. Испытание предварительно обработанных материалов проводили в две фазы следующим образом. Фаза 1. Токсичность и содержание сахара. Токсичность предварительно обработанных трав и бумаги в качестве исходных материалов измеряли в отношении дрожжей Saccharomyces cerevisiae (винные дрожжи) и Pichia stipitis (АТСС 66278), а также бактерий Zymomonas mobilis (ATCC 31821) и Clostridium thermocellum (ATCC 31924). Исследование роста осуществляли для каждого из данных микроорганизмов, чтобы определить оптимальное время инкубации и отбора проб. Каждый из исходных материалов затем инкубировали в двух экземплярах, используя Saccharomycescerevisiae, Pichia stipitis, Zymomonas mobilis и Clostridium thermocellum в стандартной микробиологической среде для каждого организма. Солодово-дрожжевой (YM) бульон использовали для двух штаммов дрожжей, включая Saccharomyces cerevisiae и Pichia stipitis. Регенеративную среду (RM) использовали для Zymomonas mobilis и культурную среду (СМ 4) использовали для Clostridium thermocellum. Для сравнения использовали положительный контрольный образец с добавлением чистого сахара, но без исходного материала. В процессе инкубации в течение 12-часового периода отбирали пять образцов через 0, 3,6, 9 и 12 ч и анализировали их на жизнеспособность (чашечный подсчет для Zymomonas mobilis и прямой подсчет для Saccharomyces cerevisiae) и концентрацию этанола. Содержание сахара в исходных материалах измеряли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC), используя колонну Shodex у Sugar SP0810 или Biorad Aminex HPX-87P. Каждый из исходных материалов (приблизительно 5 г) смешивали с очищенной обратным осмосом (RO) водой в течение 1 ч. Жидкую часть смеси отделяли и анализировали на содержание глюкозы, галактозы,ксилозы, маннозы, арабинозы и целлобиозы. Анализ осуществляли согласно методике Национального биоэнергетического центра для определения структурных углеводов и лигнина в биомассе. Фаза 2. Совместимость целлюлазы. Исходные материалы испытывали в двух экземплярах с имеющимся в продаже продуктом Accellerase 1000, который содержит комплекс ферментов, восстанавливающих лигноцеллюлозную биомассу в ферментирующиеся сахара при рекомендованной температуре и концентрации в конической колбе Эрленмейера. Колбы инкубировали при умеренном встряхивании со скоростью около 200 об/мин в течение 12 ч. В течение этого времени образцы отбирали каждые 3 ч (через 0, 3, 6, 9 и 12 ч), чтобы определять концентрацию восстанавливающихся сахаров (Норе и Dean, Biotech J. (Журнал биотехнологии), 1974 г.,т. 144, с. 403) в жидкой части содержимого колб. Пример 15. Анализ концентрации сахара методом высокоэффективной жидкостной хроматографии(HPLC). Анализировали 13 образцов на концентрацию сахара (HPLC) и токсичность по отношению к трем микроорганизмам (Pichia stipitis, Saccharomyces cerevisiae и Zymomonas mobilis).