从生物质中溶剂萃取聚羟基链烷酸酯的制作方法

专利名称：从生物质中溶剂萃取聚羟基链烷酸酯的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从其它生物质组分中萃取特定组分的方法。更具体地讲，本发明涉及通过用溶剂进行萃取来从生物体系如植物或细菌中萃取聚羟基链烷酸酯的方法。
背景技术：
塑胶如聚酯可典型地通过熟知的合成方法由石化产品源制得。这些基于石化产品的聚合物在处理后需要几百年的时间来降解。对于塑胶废弃物积聚于垃圾掩埋地的忧虑，造成目前用可生物降解聚合物作为代替的趋势。
可生物降解的合成聚合物由于其生产成本昂贵，因此还未在市场上取得巨大的成功。然而，生物工艺学的发展已导出成本降低的生产方法。具体地讲，如今通过大规模的细菌发酵可制得可生物降解的脂族共聚酯。统称为聚羟基链烷酸酯或PHA的这些聚合物可在以发酵植物中葡萄糖供养的原生或重组细菌体内合成。如同它们的石化产品前体一样，PHA的结构性质以及由此而得的机械性质可被定制以符合所需最终产品的规格。然而，与它们的石化产品前体不同的是PHA既可需氧降解也可厌氧降解。
PHA是极其多样化的，并且已识别了多达100种不同的PHA结构。PHA结构可以两种方式变化。第一，PHA可根据R侧基的结构而变化，所述侧基形成了羟基链烷酸的侧链而不涉及PHA主碳链。第二，PHA可根据衍生出它们的单元数目和类型而变化。例如，PHA可以为均聚物、共聚物和三元共聚物。PHA结构中的这些变化是造成它们物理特性变化的原因。由此，物理特性变化是造成通常所用的已知PHA萃取方法低效的原因。
溶剂萃取已被描述为一种从细菌和植物中萃取PHA的方法。然而，溶剂萃取结构柔韧的PHA聚合物是一种挑战，因为这些PHA结晶缓慢，并且当除去萃取溶剂时，易于粘结在一起以形成凝胶。凝胶形成是不可取的，因为它需要额外高成本步骤以将溶剂从凝胶中逐出，并将所剩结构柔韧的PHA压成片以获得纯聚合物。若干双溶剂萃取方法旨在解决凝胶形成的问题。然而，双溶剂萃取比单溶剂萃取更加昂贵，因为它们通常需要两倍量的溶剂，并且在没有额外溶剂处理如分离两种溶剂的情况下回收溶剂是不可能的。
鉴于上述原因，需要一种用于从细菌和植物中萃取结构柔韧的PHA聚合物的简便且更经济的方法。上述方法应优选涉及单一可循环使用的主要溶剂，所述溶剂优选为环境友好的。
发明概述本发明人已惊奇地发现了一种具有最小程度凝胶形成的用于从润湿或干燥生物质中萃取结构柔韧的PHA聚合物的方法。所述方法涉及使用单一可循环使用的主要溶剂，所述溶剂优选为环境友好的。
因此，本发明涉及用于从润湿或干燥生物质中萃取结构柔韧的PHA的方法，所述方法包括以下步骤使包含聚羟基链烷酸酯的生物质与单一主要溶剂混合以形成生物质液体；加热所述生物质液体直至至少部分聚羟基链烷酸酯从包含聚羟基链烷酸酯的生物质中溶出以形成PHA液体；从PHA液体中分离出生物质以形成富含PHA的液体；从富含PHA的液体中蒸去0％至约50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体；并冷却富含所述PHA的浓缩液体以形成沉淀的聚羟基链烷酸酯和不纯的溶剂液体，并在所述冷却后，通过加压过滤从所述不纯溶剂液体中回收沉淀的聚羟基链烷酸酯；其中所述聚羟基链烷酸酯包含至少两种无规重复单体单元，其中第一种无规重复单体单元具有以下结构 并且第二种或高级无规重复单体单元具有以下结构
其中R为C3至C7烷基或它们的混合物；其中约75％摩尔至约99％摩尔的无规重复单体单元具有第一种无规重复单体单元的结构，并且约1％摩尔至约25％摩尔的无规重复单体单元具有第二种无规重复单体单元的结构；并且其中所述单一主要溶剂为丁醇、戊醇或它们的混合物。
在上述方法中，所述生物质液体以约10至约100份单一主要溶剂对约1份生物质的比率包含所述单一主要溶剂和所述生物质。
在上述方法中，所述生物质液体以约50份单一主要溶剂对约1份生物质的比率包含所述单一主要溶剂和所述生物质。
上述方法还包括在加热所述生物质液体前，将按重量计约3％至约8％的丙酮加入到所述生物质液体中。
在上述方法中，加热所述生物质液体可使所述生物质液体的温度增加到离所述溶剂沸点约5℃至约20℃的范围内。在上述方法中，通过高温过滤进行所述生物质从所述PHA液体中的分离以形成富含PHA的液体。在上述方法中，通过向富含PHA的液体施加真空以从富含所述PHA的液体中蒸发出所述溶剂。在上述方法中，使溶剂蒸气回复为溶剂液体而回收。在上述方法中，溶剂液体可再循环以用于进一步的萃取。
上述方法还包括在通过加压过滤从不纯溶剂液体中回收聚羟基链烷酸酯后，用新鲜的单一主要溶剂洗涤沉淀的聚羟基链烷酸酯。在上述方法中，不纯的溶剂液体可再循环以用于进一步的萃取。在上述方法中，戊醇为异戊醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇或它们的混合物。在上述方法中，戊醇为异戊醇和/或丁醇为异丁醇。
一种用于从包含聚羟基链烷酸酯的干燥生物质中萃取所述聚羟基链烷酸酯的方法，所述方法包括以下步骤使包含聚羟基链烷酸酯的干燥生物质与单一主要溶剂混合以形成生物质液体；加热所述生物质液体直至至少部分聚羟基链烷酸酯从包含聚羟基链烷酸酯的生物质中溶出以形成PHA液体；从PHA液体中分离出生物质以形成富含PHA的液体；从富含PHA的液体中蒸去0％至约50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体；并冷却富含所述PHA的浓缩液体以形成沉淀的聚羟基链烷酸酯和不纯的溶剂液体，并在所述冷却后，通过加压过滤从所述不纯溶剂液体中回收沉淀的聚羟基链烷酸酯；其中所述聚羟基链烷酸酯包含至少两种无规重复单体单元，其中第一种无规重复单体单元具有以下结构 并且第二种或高级无规重复单体单元具有以下结构 其中R为C3至C7烷基或它们的混合物；其中约75％摩尔至约99％摩尔的无规重复单体单元具有第一种无规重复单体单元的结构，并且约1％摩尔至约25％摩尔的无规重复单体单元具有第二种无规重复单体单元的结构；并且其中所述单一主要溶剂为丁醇、戊醇、甲苯或它们的混合物。
对于本领域技术人员来说，通过阅读本说明书的公开内容，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得显而易见。
所有引用文献的相关部分均引入本文以供参考，任何文献的引用不可解释为对其作为本发明的现有技术的认可。
发明详述尽管本说明书在结尾的权利要求书中特别指出并清楚地要求保护本发明，但据信通过下列说明可更好地理解本发明。
除非另外指明，本文所用的所有百分数和比率均按总组合物的重量计，并且所有测量均在25℃进行。
“包括”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和其它成分。该术语包括术语“由...组成”和“基本上由...组成”。
本领域描述了几种可从生物质中萃取PHA的方法。这些方法包括通过使用酶、化学试剂、机械部件的PHA萃取和溶剂萃取。不受理论的限制，据信单一主要溶剂方法可以(a)使所萃取的结构柔韧的PHA的收率和纯度达到最佳；和(b)将整个萃取过程中的步骤数减到最少，最大限度地实现经济商业化萃取结构柔韧的PHA的目的。
上述目的可通过以下来实现(a)使用单一主要溶剂代替由具有基本上不相同溶剂化特性的溶剂或溶剂组构成的双溶剂体系；(b)回收单一主要溶剂以用于随后的萃取中；(c)优选使用环境友好的单一主要溶剂；(d)简化或免去单独的生物质细胞胞溶步骤；(e)降低或消除萃取过程开始之前干燥生物质的需要；(f)降低或消除对第二种主要溶剂的需要以沉淀结构柔韧的PHA而基本上不形成凝胶；和/或(g)使用新鲜的单一主要溶剂，而不是使用其它不可用于余下萃取过程中的物质如乙醇或活性炭，洗涤所萃取的结构柔韧的PHA。
前述本发明实施方案具有许多比现行所用方法优越的令人惊奇的优点。例如，本发明所公开的萃取方法可萃取结构柔韧的PHA以获得纯聚合物，而不会有显著的凝胶生成。
本发明的另一个令人惊奇的优点是它具有在较低温度(低于150℃)下萃取PHA的能力。不受理论的限制，从商业角度上看，温度因素是重要的，这是因为聚合物至少部分溶解时的温度和充分溶解所需的时间，可影响资本成本和产品质量。例如，在较低温度下经受一段较短时间的PHA典型具有较高的质量，并且增加了后面生产过程中的可用性。
本文的过程和方法还包括许多其它变型。本发明的过程和方法更详细地描述于下文中。
本发明涉及使用单一主要溶剂，从生物质中萃取结构柔韧的PHA的方法。本文所用短语“从生物质中萃取结构柔韧的PHA”除了是指对由仅产生单一类型PHA的生物质所产生的PHA的萃取，在本文中还指当所述生物质产生多于一种类型的PHA时对一种或多种类型PHA的萃取。
此方法的步骤如下
I.使包含结构柔韧的PHA的润湿或干燥生物质与单一主要溶剂混合以形成生物质液体a)生物质经由本发明方法，从原料来源中萃取结构柔韧的PHA，所述原料来源包括但不限于单细胞生物体如细菌或真菌和高级生物体如植物。本文中，这些原料来源统称为“生物质”。虽然生物质可由野生型生物体构成，但它们优选为遗传学操作的物种，专门设计用于产生培育者感兴趣的特定PHA。上述遗传学操作的生物体可通过插入外源DNA来制得，所述DNA得自可自然产生PHA的细菌。
包含所关注的PHA的生物质可以是润湿的或干燥的。润湿的生物质由溶液如水溶液中的生物质组成。干燥生物质由已从其中除去液体的生物质构成，在开始萃取步骤之前使用包括但不限于喷雾法或冷冻干燥法的方法从生物质中除去液体。所述生物质优选为干燥的。
可用于本发明中的植物包括设计用于产生PHA的任何被遗传工程学方法改变的植物。优选的植物包括农作物，如粮谷、含油种子和块茎植物；更优选鳄梨、大麦、甜菜、蚕豆、荞麦、胡萝卜、椰子、干椰肉、玉米(玉米)、棉籽、葫芦、兵豆、利马豆、黍粒、绿豆、燕麦、油棕、豌豆、花生、马铃薯、南瓜、油菜籽(如低芥酸菜子)、稻米、甜高粱、大豆、糖料甜菜、甘蔗、向日葵、甘薯、烟草、小麦和山药。可用于本发明方法中的上述遗传学上改变的结实植物包括但不限于，苹果、杏、香蕉、香瓜、樱桃、葡萄、金橘、橘子、番茄和西瓜。优选地，依照Poirier，Y.、D.E.Dennis、K.Klomparens和C.Somerville的“Polyhydroxybutyrate，a biodegradable thermoplastic，produced in transgenic plants”(SCIENCE，第256卷第520至523页，1992)；和/或1997年7月22日公布的授予Michigan StateUniversity的美国专利5,650,555中所公开的方法，用遗传工程学方法改变所述植物以产生PHA。尤其优选的植物是被遗传工程学方法改变以产生PHA的大豆、马铃薯、玉米和椰子植物；更优选大豆。
可用于本发明中的细菌包括设计用于产生PHA的任何被遗传工程学方法改变的细菌以及可天然产生PHA的细菌。上述细菌的实施例包括公开于“NOVEL BIODEGRADABLE MICROBIALPOLYMERS”(E.A.Dawes编辑，NATO ASI系列，系列E“AppliedSciences”，第186卷，Kluwer Academic Publishers，1990)；1994年3月8日公布的授予Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha的美国专利5,292,860；1993年10月5日公布的授予MassachusettsInstitute of Technology的美国专利5,250,430；1993年9月14日公布的授予 Massachusetts Institute of Technology的美国专利5,245,023；和/或1993年7月20日公布的授予Massachusetts Instituteof Technology的美国专利5,229,279中的那些。
优选地，所述生物质包含足量的结构柔韧的PHA以使本发明中所述的萃取方法在经济上是适宜的。优选地，生物质源物质中结构柔韧的PHA的起始含量应为所述生物质总干重的至少约20％；更优选至少50％；还更优选至少约60％。
b)结构柔韧的PHA本发明关注的PHA是本文中称为“结构柔韧的”PHA的那些，以强调与特征在于较低共聚单体含量和较短R侧基的PHA相比，由较高共聚单体含量和较长R基团链长造成的物理性破坏，使得它们通常更加柔软，并更难于晶化(参见2000年3月28日公布的授予Monsanto的美国专利6,043,063，和/或2000年7月11日公布的授予Monsanto的美国专利6,087,471)。
经由本发明所述方法萃取的结构柔韧的PHA优选由至少两种无规重复单体单元构成，其中第一种无规重复单体单元具有以下结构 并且第二种或高级无规重复单体单元具有以下结构 其中R为C3至C7烷基或它们的混合物；其中约75％摩尔至约99％摩尔的无规重复单体单元具有第一种无规重复单体单元的结构，并且约1％摩尔至约25％摩尔的无规重复单体单元具有第二种无规重复单体单元的结构。本发明关注的结构柔韧的PHA优选具有约80℃或更高的熔融温度(“Tm”)。
c)单一主要溶剂使包含结构柔韧的PHA的润湿或干燥生物质与单一主要溶剂混合以形成生物质液体。本文所用术语“单一主要溶剂”是指能够溶解结构柔韧的PHA以在离子尺寸或分子水平上形成至少部分均一的分散混合物的一种物质或物质混合物。优选地，在本发明整个萃取过程中，仅使用单一主要溶剂，并且没有其它由一种物质或物质混合物构成的溶剂用于本发明的萃取过程中。
可用于本发明的从生物质中萃取结构柔韧的PHA的单一主要溶剂的选择取决于生物质是润湿的还是干燥的。如果生物质是润湿的，则可用于本发明的单一主要溶剂包括丁醇、戊醇或它们的混合物。更优选地，戊醇为异戊醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇或它们的混合物。最优选地，戊醇为异戊醇。优选地，丁醇为异丁醇。如果生物质是干燥的，则可用于本发明的单一主要溶剂可包括丁醇、戊醇、甲苯或它们的混合物。更优选地，戊醇为异戊醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇或它们的混合物。最优选地，戊醇为异戊醇。优选地，丁醇为异丁醇。
优选地，以约50至约150份单一主要溶剂对约1份润湿或干燥生物质的比率将单一主要溶剂加入到润湿或干燥的生物质中以形成生物质液体。更优选地，以约100份单一主要溶剂对约1份润湿或干燥生物质的比率将单一主要溶剂加入到润湿或干燥的生物质中以形成生物质液体。
优选地，当将生物质和单一主要溶剂混合时，将它们搅拌以确保生物质更好地分散于单一主要溶剂中以形成生物质液体。
在一个实施方案中，所述生物质液体以约10至约100份单一主要溶剂对约1份生物质的比率包含所述单一主要溶剂和所述生物质。在另一个实施方案中，所述生物质液体以约50份单一主要溶剂对约1份生物质的比率包含所述单一主要溶剂和所述生物质。
在本发明的一个优选的实施方案中，可将低含量(即按重量计小于约10％)丙酮加入到生物质液体中。优选地，可将按重量计约3％至约8％的丙酮加入到生物质液体中。不受理论的束缚，据信当丙酮以上述低含量存在于生物质液体中时，丙酮并非用作溶剂来有助于结构柔韧的PHA溶解以形成离子尺寸或分子水平上均匀分散的混合物。相反，据信在生物质液体中存在上述低含量的丙酮可令人惊奇地有助于使同样存在于生物质液体中的生物质细胞胞溶。通过胞溶所述生物质细胞，丙酮通过使更多的结构柔韧的PHA与溶解PHA的单一主要溶剂接触可促进随后的溶解步骤。
II.加热所述生物质液体，直至至少部分结构柔韧的PHA从包含结构柔韧的PHA的生物质中溶出以形成PHA液体然后加热所述生物质液体，增加结构柔韧的PHA从生物质中溶出的速率以形成PHA液体。PHA液体由所述生物质的所有细胞组分组成，包括任何未溶解的结构柔韧的PHA、单一主要溶剂和至少部分溶解的结构柔韧的PHA。本文所用术语“部分溶解”涉及某些结构柔韧的PHA保持夹带于生物质细胞或生物质细胞片断中的理论。因此，某些结构柔韧的PHA没有与单一主要溶剂接触并保持固态，而不是被单一主要溶剂溶解。
典型地，通过将所述生物质液体加热至离所述单一主要溶剂沸点约5℃至约20℃的温度来形成PHA液体。在本发明的一个优选的实施方案中，将所述生物质液体加热至约80℃至约130℃。在本发明的一个更优选的实施方案中，将所述生物质液体加热至约90℃至约120℃。不受理论的限制，从商业角度上看，温度因素是重要的，这是因为聚合物至少部分溶解时的温度和充分溶解所需的时间可影响资本成本和产品质量。典型地，加热生物质液体以形成PHA液体的时间越长，结构柔韧的PHA的收率越高。然而，由于长时间加热，会造成结构柔韧的PHA部分分子量降解。优选地，将所述生物质液体加热约30分钟至约300分钟以形成PHA液体。更优选地，将所述生物质液体加热约60至约180分钟。甚至更优选地，将所述生物质液体加热约100至约150分钟。最优选地，将所述生物质液体加热120分钟。
在本发明的一个优选的实施方案中，在加热期间搅拌生物质液体以确保结构柔韧的PHA更好的分散以形成PHA液体。
III.从所述PHA液体中分离出所述生物质以形成富含PHA的液体在PHA液体形成后，从留下的剩余的PHA液体中分离出包括加热步骤后未溶解的任何结构柔韧的PHA在内的生物质细胞组分，本文将其称为“富含PHA的液体”。优选的分离方法是过滤。更优选的分离方法是高温过滤，即在得自加热步骤的PHA液体显著冷却之前过滤。尤其优选的过滤装置包括具有搅拌、加热和洗涤功能的Nutsche过滤器、转鼓式压力过滤器和真空过滤器。其它分离方法包括离心。
IV.从富含PHA的液体中蒸去0％至约50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体在下一步中，可从富含PHA的液体中蒸去0％至约50％的单一主要溶剂。如果蒸去大于0％的单一主要溶剂，则可形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体。本文所用术语“溶剂蒸气”是指单一主要溶剂的气态形式。本文所用术语“富含PHA的浓缩液体”是指与原来富含PHA的液体中结构柔韧的PHA的密度相比，其中结构柔韧的PHA密度增加的液体。
如果进行单一主要溶剂的蒸发，优选将富含PHA的液体置于真空下以加快从富含PHA的液体中蒸去单一主要溶剂的速度以形成富含PHA的浓缩液体。
从富含PHA的液体中蒸去不超过约50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体。不受理论的限制，典型地由于两个原因，使得蒸去大于约50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体是没有成本效率的。第一，在蒸发单一主要溶剂时，会使溶于单一主要溶剂中的任何杂质留在富含PHA的浓缩液体中。从而，如果蒸去所有的单一主要溶剂，则优选在萃取过程稍后的某一步中除去残留杂质以获得纯净的结构柔韧的沉淀的PHA。为了除去这些杂质，通常必须使下一步中沉淀出的结构柔韧的PHA经受随后的洗涤步骤，这会增加萃取过程的资本成本。第二，因为所关注的结构柔韧的PHA可能不易于结晶，因此除去超过约50％的单一主要溶剂会导致结构柔韧的PHA缠结，并导致夹带部分单一主要溶剂，形成凝胶。为了获得纯净的结构柔韧的沉淀的PHA，需要进行进一步处理以除去夹带的单一主要溶剂。所加的处理结果增加了萃取过程的资本成本。
不受理论的限制，由于以下原因，蒸去部分单一主要溶剂，换句话说，蒸去超过0％的溶剂是更具有成本效率的。从富含PHA的液体中蒸去部分单一主要溶剂可降低剩余富含PHA的浓缩液体的温度。富含PHA的浓缩液体的温度降低会由此缩减后续冷却工序中使富含PHA的浓缩液体冷却以析出结构柔韧的PHA所需的时间。不受理论的限制，从生物质中萃取结构柔韧的PHA所需时间的任何缩减，包括冷却时间的缩减，均会降低资本成本，并从而增加萃取过程的成本效率。
在本发明的一个优选的实施方案中，捕获、冷却溶剂蒸气以形成溶剂液体，并再循环以进一步用作单一主要溶剂。本文所用术语“再循环”是指处理，其包括但不限于除去杂质如色素和蛋白质。
V.使富含PHA的浓缩液体冷却以形成结构柔韧的沉淀的PHA和不纯的溶剂液体在此步骤中，使富含PHA的浓缩液体温度降低直至结构柔韧的PHA从富含PHA的浓缩液体中沉淀出来，留下不纯的溶剂液体。本文所用术语“不纯的”溶剂液体是指可能存在于溶液中的来自生物质的杂质，如色素和蛋白质。
在本发明优选的实施方案中，从不纯的溶剂液体中回收结构柔韧的沉淀的PHA。优选的回收方法包括但不限于离心、过滤和加压过滤。更优选的回收方法是加压过滤。尤其优选的过滤装置包括具有搅拌、加热和洗涤功能的Nutsche过滤器，转鼓式压力过滤器和真空过滤器。在本发明的一个优选的实施方案中，使不纯的溶剂液体再循环以在进一步的萃取过程中用作单一主要溶剂。
通常，当使用本发明萃取方法回收结构柔韧的PHA时，它们可具有典型的白色或灰色。如果需要，有许多方式可进一步改善结构柔韧的PHA的颜色。例如，可用活化粘土或活性炭处理结构柔韧的PHA。优选地，在干燥结构柔韧的PHA之前，可用乙醇和/或新鲜的单一主要溶剂洗涤结构柔韧的PHA。本文所用术语“新鲜的单一主要溶剂”是指先前没有用于萃取过程中、也不是用于萃取过程并再循环的单一主要溶剂。更优选地，用新鲜的单一主要溶剂洗涤结构柔韧的PHA。甚至更优选地，在洗涤步骤后可回收新鲜的单一主要溶剂，并再循环以用于溶解步骤中。优选使用新鲜的单一主要溶剂来洗涤结构柔韧的PHA，这是因为与使用本发明其它任何步骤中不使用的物质如乙醇或活化粘土或活性炭相比，它通常成本较低。
部件操作条件或单独装置的最佳范围很大程度上将根据原生物质的类型而变化。
任选用氧化剂或表面活性剂后处理在回收了结构柔韧的沉淀的PHA后，除了(或代替)上述后处理技术以外，还需要用氧化剂/漂白剂或表面活性剂对PHA进行后处理以除去不可取的色素和/或气味。当用于本文中时，氧化剂的用量为约1份PHA需约0.0001至约0.5份氧化剂，可供选择地，约1份PHA需约0.01份氧化剂。当使用过氧化物时，典型以稀释形式(即分散于水中)来使用它。当用于本文中时，表面活性剂的用量范围为约1份PHA需约0.005份表面活性剂。
可用于本发明的氧化剂/漂白剂包括空气、过氧化氢(H2O2)、次氯酸盐、漂白化合物(包括氯、溴和/或碘氧化剂)、过氧化苯甲酰、C9OBS、过硼酸盐，以及它们的混合物。
可用于本发明的表面活性剂包括胺氧化物、AES、和其它常见表面活性剂，以及它们的混合物。
用表面活性剂洗涤和/或用氧化剂处理可导致产生适度至显著颜色改善的色素的去除(处理后获得更白的样本)、生物气味的去除、和/或杂质的减少。
通过用氧化剂和/或表面活性剂洗涤润湿的聚合物，可用氧化剂和/或表面活性剂来处理聚羟基链烷酸酯。另一个选择是在聚合物干燥期间，使用氧化剂(如H2O2)和/或使用稀释的溶液。
在聚羟基链烷酸酯干燥期间，如果需要去除的杂质已知是可氧化的(如来自丙酮-水萃取/沉淀过程中的三丙酮胺杂质)，则使用氧化剂是尤其有用的。
下列实施例进一步描述和证明了本发明范围内的优选实施方案。给出这些实施例仅仅是为了举例说明，而不可解释为是对本发明的限制，因为在不背离本发明精神或范围的条件下可以对本发明进行许多改变。
实施例1
从润湿的生物质中进行萃取以100kg通过发酵方法制得的润湿的生物质作为开始。所述润湿的生物质具有约30％的固体，并且所述固体包含约60％的PHA。加入5kg丙酮以加速细胞胞溶。加入1800kg异丁醇。将所得混合物在100℃加热2小时。在高于75℃的温度下，使用Rosenmund过滤器除去固体，包括不溶解的不产生PHA的细胞物质。将包含PHA的滤液温度冷却至30℃至45℃。使用加压过滤，过滤所得浆液。应在5巴压力下，使用0.2至2微米介质过滤器进行加压过滤。向所述过滤器中加入90kg新鲜的异丁醇并搅拌10分钟。在压力过滤器中过滤固体以形成由50％固体组成的滤饼。真空干燥所述滤饼。可获得约17kg白色PHA。回收使用过的溶剂，并使其沉降为浓溶剂和稀溶剂。回收浓溶剂相。放出10％的浓溶剂相和所有的稀溶剂相以用于蒸馏，并回收溶剂。
实施例2从干燥的生物质中进行萃取以50kg通过发酵方法制得的干燥的生物质作为开始。干燥生物质含有约60％的PHA。加入3000kg的甲苯。将混合物在100℃加热2小时。在高于75℃的温度下，使用Rosenmund过滤器除去固体，包括不溶解的不产生PHA的细胞物质。将包含PHA的滤液温度冷却至30℃至45℃。使用加压过滤，过滤所得浆液。应在500kPa(5巴)压力下，使用0.2至2微米介质过滤器，进行加压过滤。向所述过滤器中加入150kg新鲜的甲苯，并搅拌10分钟。在压力过滤器中过滤固体以形成由50％固体组成的滤饼。检查所述滤饼的颜色。如果需要，可通过用150kg 醇洗涤来改善颜色。倒出滤饼，并在真空下干燥。可获得约27kg白色PHA。回收使用过的溶剂，并蒸馏溶剂以再循环。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
权利要求
1.一种用于从包含聚羟基链烷酸酯的生物质中萃取聚羟基链烷酸酯的方法，所述方法包括a)使包含所述聚羟基链烷酸酯的生物质与单一主要溶剂混合以形成生物质液体；b)加热所述生物质液体直至至少部分所述聚羟基链烷酸酯从包含聚羟基链烷酸酯的生物质中溶出以形成PHA液体；c)从所述PHA液体中分离出生物质以形成富含PHA的液体；d)从富含所述PHA的液体中蒸去0％至50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体；和e)冷却富含所述PHA的浓缩液体以形成沉淀的聚羟基链烷酸酯和不纯的溶剂液体，并在所述冷却后，通过加压过滤从所述不纯的溶剂液体中回收沉淀的聚羟基链烷酸酯；其中所述聚羟基链烷酸酯包含至少两种无规重复单体单元，其中第一种无规重复单体单元具有以下结构 并且第二种或高级无规重复单体单元具有以下结构 其中R为C3至C7烷基或它们的混合物；其中75％摩尔至99％摩尔的所述无规重复单体单元具有第一种无规重复单体单元的结构，并且1％摩尔至25％摩尔的所述无规重复单体单元具有第二种无规重复单体单元的结构；并且其中所述单一主要溶剂为丁醇、戊醇或它们的混合物；优选地其中所述生物质液体以10至100份单一主要溶剂对1份PHA的比率包含所述单一主要溶剂和所述生物质。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在加热所述生物质液体前，将按重量计3％至8％的丙酮加入到所述生物质液体中。
3.如前述任一项权利要求所述的方法，其中加热所述生物质液体可使所述生物质液体的温度增加到离所述溶剂沸点5℃至20℃的范围内。
4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中通过高温过滤进行所述生物质从所述PHA液体中的分离以形成富含所述PHA的液体。
5.如前述任一项权利要求所述的方法，其中通过向富含所述PHA的液体施加真空从富含所述PHA的液体中部分蒸出含有极小量水的溶剂。
6.如前述任一项权利要求所述的方法，其中使所述溶剂蒸气作为溶剂液体被回收，并且优选地其中将所述溶剂液体再循环以用于进一步萃取。
7.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括冷却含有PHA的溶液，并且在通过加压过滤从所述不纯的溶剂液体中回收沉淀的聚羟基链烷酸酯之后，用新鲜的单一主要溶剂洗涤沉淀的聚羟基链烷酸酯，进一步优选地其中蒸馏所述不纯溶剂液体以回收溶剂，并且将所述回收溶剂再循环以用于进一步萃取。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述戊醇为异戊醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇或它们的混合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述丁醇为异丁醇。
10.如权利要求1所述的方法，其中在通过加压过滤从所述不纯溶剂液体中回收沉淀的聚羟基链烷酸酯的步骤之后，所述方法还包括以下步骤f)用氧化剂或温和表面活性剂或温和漂白剂处理沉淀的聚羟基链烷酸酯以增强颜色和气味。
全文摘要
用于从生物质中萃取PHA的方法，所述方法包括使包含PHA的生物质与单一主要溶剂混合以形成生物质液体；加热所述生物质液体直至至少部分PHA从生物质中溶出以形成PHA液体；从PHA液体中分离出生物质以形成富含PHA的液体；从富含PHA的液体中蒸去0％至约50％的单一主要溶剂以形成溶剂蒸气和富含PHA的浓缩液体；并冷却富含所述PHA的浓缩液体以形成沉淀的PHA和不纯的溶剂液体。任选地，通过加压过滤，从所述不纯溶剂液体中进一步回收沉淀的PHA。
文档编号B01D11/02GK101014641SQ200580022100
公开日2007年8月8日 申请日期2005年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者K·纳拉辛汉, K·叶, A·C·切尔利, D·莱文古德, G·－Q·陈 申请人:宝洁公司