экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна
Классы МПК: | C12P7/62 эфиры карбоновых кислот C08G63/89 выделение полимера C12N1/20 бактерии; питательные среды для них |
Автор(ы): | НОДА Исао (US) |
Патентообладатель(и): | ДЗЕ ПРОКТЕР ЭНД ГЭМБЛ КОМПАНИ (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-08-16 публикация патента:
10.01.2003 |
Изобретение относится к биотехнологии. Способ выделения полигидроксиалканоата (РНА) из биомассы включает: (а) обработку биомассы растворителем РНА и маргинальным нерастворителем для РНА; (b) удаление любой нерастворимой биомассы, в результате чего остается раствор РНА и маргинального нерастворителя для РНА, и (с) удаление растворителя РНА из раствора, в результате чего образуется суспензия осажденного РНА в маргинальном нерастворителе для РНА. Необязательно способ включает удаление маргинального нерастворителя для РНА, после которого остается РНА. Изобретение также относится к суспензии РНА, полученному таким способом. Таким образом, способ позволяет легко к экономично получить PHA. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ выделения полигидроксиалканоата из биомассы, содержащей полигидроксиалканоат, характеризующийся: а) обработкой биомассы растворителем полигидроксиалканоата и маргинальным нерастворителем для полигидроксиалканоата; b) удалением нерастворимой биомассы, в результате чего остается раствор полигидроксиалканоата и маргинального нерастворителя для полигидроксиалканоата; указанный маргинальный нерастворитель представляет вещество, которое является само по себе нерастворителем для полигидроксиалканоата, и указанный маргинальный нерастворитель становится способным растворять полигидроксиалканоат при смешивании с растворителем, и с) удалением из раствора растворителя полигидроксиалканоата, в результате чего образуется суспензия осажденного полигидроксиалканоата в маргинальном нерастворителе для полигидроксиалканоата. 2. Способ по п. 1, дополнительно характеризующийся удалением маргинального нерастворителя для полигидроксиалканоата, после чего остается полигидроксиалканоат. 3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором растворитель полигидроксиалканоата выбирают из группы, состоящей из ацетона, ацетонитрила, бензола, бутилацетата, бутилпропионата,![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196059/946.gif)
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196035/947.gif)
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-5t.gif)
где R предпочтительно представляет собой Н, алкил или алкенил;
m = 1-4. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором полигидроксиалканоат содержит, по крайней мере, два статистически повторяющихся мономерных звена, причем первое статистически повторяющееся мономерное звено имеет структуру
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-6t.gif)
где R1 представляет собой Н или С1-С2 алкил;
n = 1 или 2,
второе статистически повторяющееся мономерное звено имеет структуру
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-7t.gif)
где R2 представляет собой С3-С19 алкил или С3-С19 алкенил и где, по крайней мере, 50% статистически повторяющихся мономерных звеньев имеют структуру первого статистически повторяющегося мономерного звена. 8. Суспензия осажденного полигидроксиалканоата в маргинальном нерастворителе для полигидроксиалканоата, выделенная способом по любому из пп. 1, 3-7. 9. Полигидроксиалканоат, содержащий повторяющееся звено
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-8t.gif)
где R предпочтительно представляет собой Н, алкил или алкенил;
m = 1-4,
выделенный способом по любому из пп. 1-7.
Описание изобретения к патенту
Область техники. Изобретение относится к способам экстрагирования определенных компонентов из других компонентов биомассы. Более конкретно, настоящее изобретение относится к экстракции полигидроксиалканоата из биологической системы, такой как растение или бактерии, путем осуществления экстракции с помощью растворителя; процесс экстракции облегчается применением маргинального нерастворителя для РНА. Описание уровня техники. Товарные полимеры обычно получают из нефтехимических источников с помощью хорошо известных синтетических способов. Однако последние успехи в технологии создают перспективу для новых источников товарных полимеров. Особенно перспективным является получение пластичных смол с использованием живых организмов ("биопластик"), включающее генетически управляемые бактерии и сельскохозяйственные культуры, которые предназначены для получения полимеров, таких как полигидроксиалканоат (РНА); ряд бактерий, естественно продуцирующих РНА, также являются перспективными источниками РНА (См., например, Poirier, Y. , D. Е. Dennis, К. Klomparens и С. Somerville. Polyhydroxybutyrate, a biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants. Science, т. 256, с. 520-523 (1992); публикация международной заявки на патент 95/05472, опубликована 23 февраля 1995; публикация международной заявки на патент 93/02187, опубликована 4 февраля 1993; Novel biodegradable Microbial Polymers, E. A. Dawes, ред. NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences, т. 186, Kluwer Academic Publishers (1990)). При крупномасштабном производстве, например в области сельскохозяйственного производства, сбор и очистка такого биопластика от остатков биомассы является решающей стадией, определяющей практическую осуществимость такой технологии. Выделение полимерных липидов, таких как РНА, из крупномасштабных биологических источников, таких как сельскохозяйственные культуры, является нетривиальной задачей. Традиционные способы разделения, широко используемые в экстракции низкомолекулярных липидов, нецелесообразно использовать в процессе выделения смолы. Так, например, использование простого механического пресса оказывается нецелесообразным, поскольку, в отличие от процесса выделения растительных масел из масличных семян, твердые пластики не могут быть выжаты из сельскохозяйственных культур путем механического прессования. Выделение РНА методами седиментации, в принципе, может рассматриваться как возможный процесс. Однако простое гравитационное осаждение (сила в I-G) в жидком маргинальном нерастворителе для РНА фактически является совершенно неосуществимым процессом. Скорость осаждения чрезвычайно низка. Кроме того, такое медленное осаждение легко разрушается Броуновским движением мелких частиц РНА, которое вызывается термической флуктуацией суспендирующих жидких молекул, окружающих частицы. Кроме того, продолжительный период времени, требуемый для осаждения очень мелких частиц РНА, создает проблему бактериального загрязнения и последующего биоразложения суспензии частиц. Известные способы экстракции растворителем также ограничены крупномасштабным выделением РНА из биомассы. Широко используемым растворителем для экстракции РНА из бактерий является хлороформ. Для такого применения описаны также другие галогенированные углеводородные растворители, такие как дихлорметан, дихлорэтан и хлорпропан (см., например, патент США 4562245, Stageman, выданный 31 декабря 1985 г.; патент США 4324907, Senior, Wright и Alderson, выданный 13 апреля 1982 г.; патент США 4310684, Vanlautem и Gilain, выданный 12 января 1982 г.; патент США 4705604, Vanlautem и Gilain, выданный 10 ноября 1987 г.; заявку на Европейский патент 036699, Holmes и Wright, опубликованную 3 сентября 1981 г. ; а также заявку на патент Германии 239609, Schmidt, Schmiechen, Rehm и Trennet, опубликованную 10 января 1986 г.) В процессе отгонки растворителя концентрированный раствор РНА часто образует очень высоковязкую жидкость или иногда даже гель, который чрезвычайно трудно поддается обработке. Кроме того, такие растворители потенциально вредны для здоровья и окружающей среды, если они не полностью удалены из РНА. Следовательно, применение большого количества таких растворителей, приводящее к образованию высоковязких растворов или гелей, особенно вблизи участка сбора, является нежелательным. Альтернативные способы экстракции РНА из биомассы предложены в ЕР-А-479043 и ЕР-А-124309. На основании сказанного выше, существует необходимость в простом и экономическом способе извлечения биопластиков из крупномасштабного биологического источника. Предпочтительно, чтобы такой процесс мог быть легко приспособлен для использования в стандартном производстве на основе ферментации бактериального РНА. Также предпочтительно, чтобы такой способ мог быть легко адаптирован в виде неотъемлемой части сельскохозяйственного производства родственных предметов потребления, например масла и муки, в случае переработки масляничных семян. Следовательно, целью настоящего изобретения является обеспечение способа извлечения биопластиков из биомассы. Эта и другие цели настоящего изобретения станут очевидными для специалиста в данной области из прочтения настоящего описания совместно с прилагаемой формулой изобретения. Краткое изложение сущности изобретения. Настоящее изобретение относится к способу выделения полигидроксиалканоата (РНА) из биомассы, содержащей РНА, причем способ включает: а) обработку биомассы растворителем РНА и маргинальным нерастворителем для РНА; b) удаление любой нерастворимой биомассы, после которого остается раствор РНА и маргинального нерастворителя для РНА, и с) удаление из раствора растворителя РНА, в результате чего образуется суспензия осажденного РНА в маргинальном нерастворителе для РНА. Необязательно, способ дополнительно включает удаление маргинального нерастворителя для РНА, после которого остается РНА. Кроме этого, настоящее изобретение также относится к суспензии и РНА, полученным таким способом. Предлагаемый способ удовлетворяет потребность в относительно простом и экономичном процессе извлечение биопластиков из крупномасштабного биологического источника. Краткое описание чертежей. Чертеж изображает схему воплощения изобретения, согласно которому, для облегчения экстракции РНА, добавляют (и позже удаляют) маргинальный нерастворитель для РНА и внешнего источника. Подробное описание изобретения. Ниже приведен перечень определений терминов, используемых в тексте. Термин "алкан" означает насыщенный углеводород, имеющий общую формулу CnH2n+2; предпочтительно n имеет значение от примерно 3 до примерно 20; более предпочтительно, n имеет значение от примерно 6 до примерно 16. Термин "алкенил" обозначает углеродсодержащую цепочку, предпочтительно от примерно С2 до примерно С24, более предпочтительно от примерно С2 до примерно C19; которая может быть прямой, разветвленной или циклической, предпочтительно прямой или разветвленной, более предпочтительно - прямой; замещенной (моно- или поли-) или незамещенной; мононенасыщенной (т. е. содержать одну двойную или тройную связь в цепи), или полиненасыщенной (т. е. содержать две или более двойных связей в цепи, две или более тройных связей в цепи, или одну или более двойных связей и одну или более тройных связей в цепи), предпочтительно мононенасыщенной. Термин "алкил" обозначает углеродсодержащую цепочку, содержащую предпочтительно от примерно 1 до примерно 24 углеродных атомов, более предпочтительно от примерно 1 до примерно 19 углеродных атомов; которая может быть прямой, разветвленной или циклической, предпочтительно прямой или разветвленной, более предпочтительно, прямой; замещенной (моно-или поли-) или незамещенной; и насыщенной. Термин "включающий" обозначает, что могут быть добавлены другие стадии и другие ингредиенты, не оказывающие влияния на конечный результат. Этот термин охватывает термины "состоящий из" и "по существу состоящий из". Термин "экстракция полигидроксиалканоата из биомассы" в дополнение к тому, что он относится к экстракции конкретного РНА, производимого биомассой, которая производит единственный РНА, также относится к экстракции одного или более типов РНА, когда биомасса производит более одного типа РНА. Термин "полигидроксиалканоат" и "РНА" обозначает полимер, содержащий следующее повторяющееся звено:![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-2t.gif)
в котором R предпочтительно представляет собой Н, алкил или алкенил; и m имеет значение от примерно 1 до примерно 4. Термины "полигидроксиалканоат" и "РНА" включают полимеры, содержащие одно или более различных повторяющихся звеньев. РНА, экстрагируемые способом настоящего изобретения, предпочтительно имеют температуру плавления (Тm) примерно 80oС или выше. Предпочтительно такие РНА содержат по крайней мере два статистически повторяющихся мономерных звена, в которых первое статистически повторяющееся мономерное звено имеет структуру
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-3t.gif)
в которой R1 представляет собой Н или C1-С2 алкил, и n равно 1 или 2; второе статистически повторяющееся мономерное звено имеет структуру
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196177/2196177-4t.gif)
в которой R2 представляет собой С3-C19 алкил или С3-С19алкенил и где по крайней мере 50 % статистически повторяющихся мономерных звеньев имеют структуру первого статистически повторяющегося мономерного звена. Более предпочтительно примеры РНА с высокой степенью кристалличности, экстрагируемых способом настоящего изобретения, включают те, которые раскрыты в WO 95/23788, WO 95/20614, WO 95/20621 и WO 95/20615, и в патенте США 5292860, Shiotani и Коbayashi, выданном 8 марта 1994 г. Термин "растворитель" обозначает вещество, способное растворять другое вещество (растворенное вещество) с образованием однородно диспергированной смеси (раствор) с размером частиц на молекулярном или ионном уровне. Термин "нерастворитель" обозначает вещество, неспособное в заметной степени растворять другое вещество. Термин "маргинальный нерастворитель" обозначает вещество, являющееся, само по себе, нерастворителем, однако, когда смешано с растворителем, становится способным растворять растворенное вещество. Термин "осадитель" обозначает вещество, которое способно индуцировать осаждение другого вещества и/или ослаблять сольватирующую способность растворителя. Хотя осадитель также считается нерастворителем, однако нерастворитель не всегда является осадителем. Так, например, метанол и гексан являются осадителями РНА и нерастворителями РНА; тогда как масло является нерастворителем РНА, но не очень эффективным осадителем РНА (хотя при очень высоких концентрациях масло будет вызывать осаждение РНА из раствора). Все проценты даны в мольном выражении от общего на весь состав, если не имеется специальных оговорок. Если специально не указано, то все соотношения даны в весовом выражении. Далее подробно описаны аспекты настоящего изобретения, касающиеся продукта и способа. Биомасса. Источники, из которых экстрагируют РНА способом настоящего изобретения, включают одноклеточные организмы, такие как бактерии или грибки, и высшие организмы, такие как растения (далее в тексте на них совокупно ссылаются, как на "биомассу"). Хотя такая биомасса может быть организмами дикого типа, они предпочтительно являются генетически управляемыми видами, специально предназначенными для производства конкретной целевой РНА для производителя. Такие генетически управляемые организмы получают введением генетической информации, необходимой для получения одного или более типов РНА. Обычно такую генетическую информацию получают от бактерий, которые естественно производят РНА. Растения, полезные в настоящем изобретении, включают любое генетически сконструированное растение, предназначенное для производства РНА. Предпочтительные растения включают сельскохозяйственные культуры, такие как хлебные злаки, масличные семена и клубнеплодные растения; более предпочтительно, авокадо, ячмень, свеклы, кормовые бобы, гречиху, морковь, кокос, копру, кукурузу (маис), семя хлопка, тыкву, различные виды чечевицы, фасоль лимскую, просо, фасоль золотистую, овес, масличную пальму, арахис, картофель, тыкву обыкновенную, семя рапса (например, канола), рис, сорго, сою культурную, сахарную свеклу, сахарный тростник, подсолнечник, батат, табак, пшеницу и ямс. Такие генетически изменяемые плодоносящие растения, полезные в способе настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются ими, яблони, абрикос, банан, мускусную дыню, вишни, различные сорта винограда, кумкват, лимон, лайм настоящий, апельсин, папайю, различные сорта персиков, грушу, ананас, мандарины, томат и арбуз. Предпочтительно, растения подвергают генно-инженерной обработке с получением РНА в соответствии со способами, описанными в статье Poirier, Y. , D. E. Dennis, К. Klomparens и С. Somerville "Polyhydroxybutyrate, a biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants". Science, т. 256, с. 520-523 (1992); в публикации международной заявки на патент 95/05472, Somerville с сотр., опубликованной 23 февраля 1995 г.; и в публикации международной заявки на патент 93/02187, Somerville с сотр. , опубликованной 4 февраля 1993 г. Особенно предпочтительными растениями являются соевые бобы, картофель, кукуруза и кокосовые растения, подвергнутые генно-инженерной обработке для получения РНА; более предпочтительны соевые бобы. Бактерии, полезные в настоящем изобретении, включают любые генно-инженерные бактерии, предназначенные для производства РНА, а также бактерии, естественно вырабатывающие РНА. Примеры таких бактерий включают те, что описаны в Novel Biodegradable Microbial Polymers, E. A. Dawes ред., NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences - т. 186, Kluwer Academic Publishers (1990); в патенте США 5292860, Shiotani и Kobayashi, выданном 8 марта 1994 г., патенте США 5250430, Peoples и Sinskey, выданном 5 октября 1993 г.; патенте США 5245023, Peoples и Sinskey, выданном 14 сентября 1993 г.; патенте США 5229279, Peoples и Sinskey, выданном 20 июля 1993 г. Экстракция растворителем, облегченная добавлением маргинального нерастворителя для РНА. Настоящее изобретение относится к способу выделения полигидроксиалканоата (РНА) из биомассы, содержащей РНА, включающему: а) обработку биомассы растворителем РНА и маргинальным нерастворителем для РНА, b) удаление любой нерастворимой биомассы, после которого остается раствор РНА и маргинального нерастворителя, и с) удаление из раствора растворителя РНА, в результате чего образуется суспензия осажденного РНА в маргинальном нерастворителе для РНА. Необязательно, способ дополнительно включает удаление маргинального нерастворителя для РНА, после чего остается РНА. Раствор, образовавшийся на стадии b), состоит из маргинального нерастворителя для РНА, растворенного или диспергированного в растворителе РНА. Кроме того, настоящее изобретение относится к суспензии и РНА, полученным таким способом. Предпочтительно растворитель РНА представляет собой ацетон, ацетонитрил, бензол, бутилацетат, бутилпропионат,
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196059/946.gif)
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196035/947.gif)
![экстракция растворителем полигидроксиалканоатов (рна) из биомассы, облегченная применением маргинального нерастворителя для рна, патент № 2196177](/images/patents/274/2196035/947.gif)
Класс C12P7/62 эфиры карбоновых кислот
Класс C08G63/89 выделение полимера
Класс C12N1/20 бактерии; питательные среды для них