聚合物的萃取方法

专利名称：聚合物的萃取方法
技术领域：
本发明涉及聚合物的萃取方法。
背景技术：
聚羟基烷酸酯(″PHA″)可以从具有含PHA的细胞的生物质中萃取。通常，该工艺涉及将生物质与用于PHA的溶剂混合，接着加热和搅拌。这一般提供包括两相的体系，一相为含有溶剂和PHA的溶液，另一相含有残余生物质，该残余生物质具有含减少量的PHA的细胞。通常，分离此两相，然后从溶剂中除去PHA。
概述一般说来，本发明涉及聚合物的萃取方法。
在一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质分离聚合物的方法。该方法包括使生物质与溶剂体系接触，以提供残余生物质和溶液。溶剂体系包括聚合物的溶剂(solvent for the polymer)和聚合物的沉淀剂(precipitant for the polymer)，且溶液包括聚合物、聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂。该方法还包括向溶液和残余生物质施加离心力，以从残余生物质至少分离出一些溶液。
在另一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使生物质与溶剂体系接触，以提供残余生物质和溶液，该溶液包括聚合物和溶剂体系，并且从残余生物质分离出至少一些溶液。该方法还包括向该溶液中添加聚合物的沉淀剂，以从溶剂体系中除去至少一些聚合物。
在另一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质中分离该聚合物的方法。该方法包括使生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物和溶剂体系的溶液。该溶液的聚合物浓度为至少约2％和其粘度至多为约100厘泊。该方法还包括从残余生物质分离出至少一些溶液。
在一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和溶液。溶剂体系包括聚合物的溶剂，并且溶液包括聚合物和聚合物的溶剂。聚合物的溶剂的沸点可以高于100℃。该方法还包括从残余生物质分离聚合物。
在另一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使生物质与一定体积的溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物以及聚合物的溶剂的溶液，和从残余生物质中分离至少一些溶液。该方法还包括向分离出的溶液中加入一定体积的聚合物的沉淀剂，以从溶液中除去至少一些聚合物。相对于溶剂体系的体积，加入的沉淀剂的体积小于约2份。
在另一方面，本发明的特征在于从含有该聚合物和生物质杂质的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使生物质与聚合物的沉淀剂接触，以从含有该聚合物和生物质杂质的生物质中除去至少一些生物质杂质，由此提供纯化的含有该聚合物的生物质。该方法还包括使纯化的生物质与溶剂体系接触，以提供残余生物质和包括聚合物和聚合物的溶剂的溶液。
在另一方面，本发明的特征在于从含有聚合物和生物质杂质的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括化学预处理生物质以从含有生物质和杂质的生物质中除去至少一些生物质杂质，由此提供纯化的含有该聚合物的生物质。化学处理包括在附加的化学品存在或不存在下，控制pH、温度和接触时间，所述化学品例如表面活性剂、洗涤剂、酶或可以有助于除去生物质杂质的类似材料。该方法还包括使纯化的生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物和聚合物的溶剂的溶液。
在一方面，本发明的特征在于从含有该聚合物的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使生物质与溶剂体系在逆流条件下接触。
在另一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使用形成PHA相和残余生物质相的一步工艺使生物质与溶剂体系接触。在PHA相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至少为约0.8。
在另一方面，本发明的特征在于从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法。该方法包括使用形成PHA相和残余生物质相的一步工艺使生物质与溶剂体系接触。在残余生物质相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至多为约0.2。
在特定实施方式中，该方法能够从生物质中以相对高的产率萃取聚合物(例如PHA)。在某些实施方式中，可以不使用多步骤(例如使用单步工艺)从生物质中萃取相对高产率的聚合物(例如PHA)。
在某些实施方式中，该方法能够萃取相对纯的聚合物(例如PHA)。
在特定实施方式中，该方法能够以相对有效的方式使用溶剂和/或沉淀剂。例如，可以回收相对高比例的在该方法中使用的溶剂和/或沉淀剂(例如，用于再利用)。
在某些实施方式中，该方法可以具有减少的环境影响。
在特定的实施方式中，该方法能够以相对高的空速(例如，高产量，且具有在工艺设备中的总体低的停留时间)萃取聚合物。
在特定的实施方式中，该方法能够导致相对少量的不需要的反应副产物(例如有机酸)。这能够例如减少对本方法中所用体系的腐蚀或其它不希望的损害的可能性，和/或延长这种体系的使用寿命。
在某些实施方式中，该方法能够提供相对高体积的产量(例如通过使用单步工艺)。
在特定的实施方式中，该方法能够提供相对高的溶剂回收。
在特定的实施方式中，该方法能够使用单步装置(例如，逆流离心接触器)进行。
在某些实施方式中，形成相对低粘度的残余生物质(例如，使用逆流条件)，其可以增强后续的加工，例如汽提残余溶剂和浓缩固体含量(solidscontent)(例如通过蒸发、过滤或干燥)。
此外，本发明的特征、目的和优势体现在说明书、附图和权利要求中。


图1为从具有含PHA的细胞的生物质中萃取PHA的方法的实施方式的流程图；图2为从具有含PHA的细胞的生物质中萃取PHA的方法的实施方式部分流程图；和图3为示出实施例III的粘度和聚合物含量的图。
发明详述图1为从具有含PHA的细胞的生物质萃取PHA的方法的实施方式的流程图。提供含有生物质和水的浆料(slurry)。将溶剂体系加入到浆料中以形成含有该浆料和溶剂体系的混合物。搅拌该混合物(例如搅动)以提供包括两相的组合。一相由含有PHA和溶剂体系及痕量生物质的溶液形成(″PHA相″)。第二相由具有降低的聚合物含量的细胞的残余生物质、水和留下部分的溶剂体系形成(″残余生物质相″)。使用适当的装置分离包含在该组合中的两相，该装置利用离心力以促进分离(例如碟式离心机、转筒离心机、沉降式离心机、水力漩流器、逆流离心接触器)。任选地，可以将一种或多种溶剂加入到利用离心力以促进分离的装置中。将PHA的沉淀剂加入到PHA相中以形成含有PHA相和沉淀剂的混合物。搅拌(例如搅动)该混合物以形成含有沉淀的PHA、溶剂体系和沉淀剂的组合。在特定实施方式中，溶剂体系和沉淀剂是混溶的，这得到具有两相(例如，含有沉淀的PHA的一相，和含有溶剂体系和沉淀剂的一相)的组合(沉淀的PHA、溶剂体系和沉淀剂)。分离(例如通过过滤或使用离心力)该组合(沉淀的PHA、溶剂体系和沉淀剂)以除去该分离的萃取的PHA。
图1的工艺可以称作单步工艺。通常，单步工艺是在从生物质分离聚合物(例如PHA)的过程中仅仅使用一个离心步骤的工艺。通常，多步工艺指在从生物质分离聚合物(例如PHA)的过程中使用多于一个离心步骤的工艺(参见下面的其它说明)。例如，可以处理和最终离心在图1的工艺中形成的残余生物质，由此产生二步工艺(参见，例如，图2和下面的说明)。
在某些实施方式中，该工艺得到相对高产率的PHA。例如，在某些实施方式中，萃取的PHA的干重与生物质中初始含有的PHA的干重的比例至少为约0.9(例如，至少为约0.95，至少为约0.97，至少为约0.98)。在特定的实施方式中，可以无需使用多步工艺(例如使用单步工艺)得到相对高产率的PHA。
在特定的实施方式中，可以使用相对大量的转移到PHA相的溶剂进行该工艺。例如，在某些实施方式中，在PHA相中回收的溶剂体积和与生物质接触的溶剂体积的比例至少为约0.8(例如0.85，至少为约0.9，至少为约0.95，至少为约0.98，至少为约0.99)。在某些实施方式中，可以在从生物质中分离聚合物(例如PHA)的过程中使用例如，逆流条件将相对大量的溶剂转移到PHA相。
在特定的实施方式中，可以使用相对少量的转移到残余生物质相的溶剂进行该工艺。例如，在某些实施方式中，在残余生物质相中回收的溶剂的体积与接触生物质的溶剂的体积的比例至多为约0.2(例如，至多为约0.15，至多为约0.1，至多为约0.05，至多为约0.02，至多为约0.01)。在某些实施方式中，可以在从生物质中分离聚合物(例如PHA)的过程中使用例如，逆流条件将相对少量的溶剂转移到残余生物质相。
可以以任何所需方式提供浆料。一般地，通过形成含有水和生物质的发酵肉汤(broth)，并且从发酵肉汤中除去部分水而提供浆料。可以通过例如，过滤(例如微过滤、膜过滤)和/或通过滗析和/或通过使用离心力除去水。在特定的实施方式中，可以在提供浆料的工艺过程中除去生物质杂质(例如细胞壁和细胞膜杂质)。这些杂质可以包括蛋白质、脂质(例如甘油三酯、磷脂和脂蛋白)和脂多糖。
可以根据需要改变生物质的PHA含量(例如，干生物质的PHA含量，包含其聚合物含量，以重量％计)。作为实例，在其中生物质是源于微生物(microbial origin)的实施方式中，生物质的PHA含量可以至少为约50重量％(例如，至少为约60重量％，至少为约70重量％，至少为约80重量％)。作为另一实例，在其中生物质是源于植物的实施方式中，生物质的PHA含量可以为小于约50重量％(例如小于约40重量％，小于约30重量％，小于约20重量％)。
在某些实施方式中，浆料的固体含量(例如干生物质，包括其PHA含量，相对于浆料总湿重的重量)为约25重量％～约40重量％(例如约25重量％～约35重量％)。
生物质可以由多种实体(entities)中的一种或多种形成。该实体包括例如，产生PHA的微生物菌株(例如，真养产碱菌(Alcaligenes eutrophus)(再命名为产碱杆菌属(Ralstonia eutropha))、广泛产碱菌(Alcaligenes latus)、固氮菌属(Azotobacter)、气单胞菌属(Aeromonas)、丛毛单胞菌属(Comamonas)、假单胞菌属(Pseudomonads))、用于产生PHA的基因工程的有机体(例如假单胞菌属、Ralstonia、大肠杆菌(Escherichia coli)、克雷伯氏菌属(Klebsiella))、用于产生PHA的酵母和用于产生PHA的植物体系。该实体公开于例如，Lee，Biotechnology & Bioengitieering 491-14(1996)；Braunegg等人(1998)，J.Biotechnology 65127-161；Madison和Huisman，1999；和Snell和Peoples2002，Metabolic Engineering 429-40，将它们在此引入作为参考。
在生物质含有微生物细胞的实施方式中，包含在生物质内的微生物细胞的尺寸也可以按照需要变化。通常，微生物细胞(例如细菌细胞)具有至少一维，其尺寸为至少约0.2微米(例如，至少为约0.5微米，至少为约1微米，至少为约2微米，至少为约3微米，至少为约4微米，至少为约5微米)。在特定的实施方式中，生物质中使用相对大的微生物细胞(例如，相对大的细菌细胞)是有利的，这是因为这能够促进生物质的分离，以形成生物质浆料。
通常，通过聚合(例如酶聚合)一种或多种单体单元形成PHA。该单体单元的实例包括，例如，3-羟基丁酸酯、3-羟基丙酸酯、3-羟基戊酸酯、3-羟基己酸酯、3-羟基庚酸酯、3-羟基辛酸酯、3-羟基壬酸酯、3-羟基癸酸酯、3-羟基十二酸酯、3-羟基十二碳烯酸酯、3-羟基十四烷酸酯、3-羟基十六酸酯、3-羟基十八酯、4-羟基丁酸酯、4-羟基戊酸酯、5-羟基戊酸酯和6-羟基己酸酯。
在某些实施方式中，PHA具有至少一种化学式为-OCR1R2(CR3R4)nCO-的单体单元。n为0或整数(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15，等)。R1、R2、R3和R4各自为氢原子、饱和烃基、不饱和烃基、取代的基团(例如，取代的烃基)或未取代的基团(例如，未取代的烃基)。取代的基团的实例包括卤素取代的基团(例如，卤素取代的烃基)、羟基-取代的基团(例如，羟基-取代的烃基)、卤素基团、氮-取代的基团(例如，氮-取代的烃基)和氧-取代的基团(例如，氧-取代的烃基)。取代的基团包括例如，取代的饱和的烃基和取代的未饱和的烃基。R1与R2、R3和R4的每个相同或不同。R2与R1、R3和R4的每个相同或不同。R3与R1、R2和R4的每个相同或不同。R4与R1、R2和R3的每个相同或不同。
在某些实施方式中，PHA是含有两种或多种不同单体单元的共聚物。该共聚物的实例包括聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基丙酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基己酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-4-羟基丁酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-4-羟基戊酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-6-羟基己酸酯、聚3-羟基丁酸酯-共-3-羟基庚酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基辛酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基癸酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基十二烷酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基辛酸酯-共-3-羟基癸酸酯、聚-3-羟基癸酸酯-共-3-羟基辛酸酯和聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基十八烷酸酯。
在特定的实施方式中，PHA是均聚物。该共聚物的实例包括聚-4-羟基丁酸酯、聚-3-羟基丙酸酯、聚-3-羟基丁酸酯、聚-3-羟基己酸酯、聚-3-羟基庚酸酯、聚-3-羟基辛酸酯、聚-3-羟基癸酸酯和聚-3-羟基十二酸酯。
PHA的聚苯乙烯相当重均分子量为至少约500(例如至少为约10,000，至少为约50,000)和/或小于约2,000,000(例如小于约1,000,000，小于约800,000)。
通常，加入到浆料的溶剂体系量可以根据需要变化。在特定的实施方式中，将一定量的溶剂体系加入到浆料，以便在离心后，PHA相的PHA固体含量为小于约10重量％(例如小于约8重量％，小于约6重量％，小于约5重量％，小于约4重量％，小于约3重量％)。
溶剂体系包括一种或多种PHA的溶剂，并且可以任选地包括一种或多种PHA的沉淀剂。不意图被理论束缚，据信溶剂体系中包括PHA的沉淀剂可以降低含有聚合物和溶剂体系的溶液的粘度和/或增强萃取所需PHA的工艺中的选择性。
通常，给定聚合物的溶剂能够溶解聚合物，形成在分子或离子尺度水平基本均一的溶液。通常，给定聚合物的沉淀剂能够诱导聚合物沉淀和/或弱化聚合物的溶剂的溶解能力。
溶剂和/或沉淀剂的选择通常取决于待纯化的给定PHA。不希望被理论限定，据信可以通过使给定聚合物和溶剂的适当的溶剂化参数(solvationparameters)(例如分散力(dispersive force)、氢键力(hydrogen bonding forces)和/或极性)基本匹配，来选择给定聚合物所用的适当溶剂。这些溶剂化参数公开于例如，Hansen，Solubility Parameters-A User′s Handbook，CRC Press，NY，NY(2000)。
在其中PHA是聚-3-羟基丁酸酯共聚物(例如聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基丙酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基己酸酯和/或聚-3-羟基丁酸酯-共-4-羟基丁酸酯、聚-3-羟基丁酸酯-共-3-羟基辛酸酯-共-3-羟基癸酸酯-共-3-羟基十二烷酸酯)的特定实施方式中，其中单体单元的大部分是3-羟基丁酸酯(例如至少为约50％的单体单元为3-羟基丁酸酯，至少为约60％单体单元为3-羟基丁酸酯)，溶剂可以选自酮、酯和/或具有至少4个碳原子的醇，且沉淀剂可以选自链烷烃、甲醇和乙醇。
在其中PHA为聚-3-羟基辛酸酯的一些实施方式中，溶剂可以选自酮、酯、具有至少4个碳原子的醇或链烷烃(例如己烷)。
通常，酮可以为环状或非环状、直链或支化和/或取代或未取代的。非环状酮和环状酮的实例包括甲基异丁基酮(″MIBK″)、3-甲基-2-戊酮(丁基甲基酮)、4-甲基-2-戊酮(甲基异丁基酮)、3-甲基-2-丁酮(甲基异丙基酮)、2-戊酮(甲基正丙基酮)、二异丁基酮、2-己酮(甲基正丁基酮)、3-戊酮(二乙基酮)、2-甲基-3-庚酮(丁基异丙基酮)、3-庚酮(乙基正丁基酮)、2-辛酮(甲基正己基酮)、5-甲基-3-庚酮(乙基戊基酮)、5-甲基-2-己酮(甲基异戊基酮)、庚酮(戊基甲基酮)、环戊酮、环己酮。
通常，酯可以是环状或非环状、直链或支化和/或取代或未取代的。非环状和环状的酯包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、异丁酸丁酯、正丁酸甲酯、丙酸丁酯、丁酸丁酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、己酸甲酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯。
通常，具有至少4个碳原子的醇可以为环状或非环状、直链或支化和/或取代或未取代的。这类环状和非环状的醇的实例包括甲基-1-丁醇、乙基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇(戊醇)、2-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-丁醇(戊醇)、3-甲基-2-戊醇(甲基异丁基甲醇)、甲基-2-戊醇、4-甲基-2-戊醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、环己醇、甲基-环己醇和杂醇油(高级醇的混合物，其一般是醇蒸馏的副产物，并且通常主要是戊醇(甲基丁醇))。
通常，链烷烃可以为环状或非环状、直链或支化和/或取代或未取代的。在某些实施方式中，该链烷烃包括直链烷烃并且具有5个或更多个碳原子(例如庚烷、己烷、辛烷、壬烷和十二烷)。在特定的实施方式中，链烷烃包括异烷烃(例如甲基庚烷、甲基辛烷、二甲基庚烷)。在特定的实施方式中，可以使用Soltrol100(C9-C11的异链烷烃的混合物，购自位于Houston，TX的Chevron Phillips Chemical Company)。
一般地，溶剂体系中存在的溶剂量可以根据需要变化。在某些实施方式中，溶剂体系具有至少为约5份(例如，至少为约10份，至少为约15份)溶剂/份PHA和/或小于约50份(例如小于约30份，小于约25份)溶剂/份PHA。
在某些实施方式中，PHA的溶剂是非卤代的。使用非卤代的溶剂可能是有利的，这是因为这可以降低溶剂对环境的负面影响，降低与使用溶剂有关的健康危险，和/或降低与储存、处理和/或处置溶剂相关的成本。
在特定的实施方式中，PHA的溶剂可以具有相对低的密度。例如，20℃时，PHA的溶剂的密度可以为小于约0.95千克/升(例如，小于约0.9千克/升，小于约0.8千克/升，小于约0.7千克/升)。不希望被理论束缚，据信使用相对低密度的溶剂能够增加从残余生物质相分离出的PHA相的质量。
在某些实施方式中，PHA的溶剂在水中具有相对低的溶解度。例如，20℃时，PHA的溶剂在水中的溶解度为小于约1％(例如小于约0.5％，小于约0.2％)。在水中具有相对低溶解度的溶剂是优选的，因为这种溶剂不易于与水混合。这能够提高在工艺过程中提供两分离相的方便性，由此降低成本和/或工艺复杂性。
在特定的实施方式中，PHA的溶剂是基本上不可水解的。例如，溶剂至多与乙酸乙酯一样可水解。使用基本不可水解的溶剂能够降低不需要的副产物(例如化学反应性物质，例如有机酸)形成的可能性。这可以降低部分体系(例如管路)腐蚀的量和/或速率，在该体系中进行PHA萃取。
在某些实施方式中，PHA的溶剂相对容易从水中汽提。例如，100℃时，溶剂相对于水的logK值至少为约1.5(例如至少为约1.8，至少为约2，至少为约2.2)，根据Hwang等人Ind.Eng.Chem.Res.，Vol.31，No.7，pp.1753-1767(1992)测定，将其在此引入作为参考。使用容易从水中汽提的溶剂可能是理想的，这是因为与不易于从水中汽提的其它溶剂相比，这样的溶剂易于被回收和循环。
在特定的实施方式中，PHA的溶剂的沸点高于100℃。
在特定的实施方式中，适当的溶剂是非卤代的，考虑水解和/或考虑与聚合物的反应性，具有相对低(例如比乙酸乙酯低)的水溶解度和相对低的反应性。
在某些实施方式中，20℃时，PHA在沉淀剂中的溶解度为小于PHA的约0.2％(例如小于约0.1％)。
在特定的实施方式中，相对于加入到浆料的溶剂体系的体积，将相对较小体积的沉淀剂加入到PHA相中，例如，加入到PHA相的沉淀剂体积与加入到浆料中的溶剂体系体积之比小于约0.2(例如小于约0.1，小于约0.07，小于约0.05)。
在其中溶剂体系含有一种或多种PHA的溶剂和一种或多种PHA的沉淀剂的实施方式中，在溶剂和沉淀剂的等摩尔泡点，在大气压下，溶剂和沉淀剂的相对挥发度可以为至少约2(例如至少为约3，至少为约4)。
在某些实施方式中，其中溶剂体系含有一种或多种PHA的溶剂和一种或多种PHA的沉淀剂，溶剂和沉淀剂不形成共沸物。使用不形成共沸物的溶剂和沉淀剂可能是理想的，因为相对于形成共沸物的溶剂和沉淀剂，其可能更易于分离和回收溶剂和沉淀剂用于再利用。
在特定实施方式中，其中溶剂体系含有PHA的溶剂和PHA的沉淀剂，由PHA和溶剂体系形成的溶液含有小于约25体积％(例如小于约20体积％，小于约15体积％，小于约10体积％)的沉淀剂。
通常，加热含有溶剂体系和浆料的混合物以增强溶剂体系和PHA的相互作用，由此使得将PHA从生物质中除去。
通常，搅拌期间，溶剂体系和浆料混合物的温度可以根据需要变化。在某些实施方式中，该温度小于约160℃(例如小于约125℃，小于约95℃，小于约65℃)和/或至少为约20℃。在特定的实施方式中，该温度为室温至约95℃(例如约40℃～约80℃，约60℃～约70℃)。在特定实施方式中，可以将压力调节到大于大气压以促进高温下的萃取(例如，大于1大气压，高达20大气压)。
一般地，搅拌溶剂体系和浆料混合物时的剪切力可以根据需要改变。在特定实施方式中，通过搅动而搅拌溶剂体系和浆料混合物，以便减小溶解时间。在某些实施方式中，为了帮助溶解，可以使用高剪切旋转混合器和搅拌器(例如平叶片旋转混合器，例如6直叶圆盘涡轮)，其端速为例如约5米/秒或更高(例如达约10米/秒)。在某些实施方式中，可以使用具有小定形叶(profile blade)的高速分散器，其端速为例如约10米/秒或更高(例如约15米/秒或更高，约20米/秒～约25米/秒)，通常该高速分散器具有小定形叶或锯齿边缘的叶片，以在提高的端速下产生高剪切。在特定的实施方式中，使用在高速转子之间的缝隙中产生相对高剪切(例如在端速高达约50米/秒下)的转子/定子体系，该转子在开槽定子内旋转。通常可以改变转子和定子的形状以适应特定的应用，并且许多设计是市售的。
通常，搅拌溶剂体系和浆料混合物直至混合物的离心的样品具有所需PHA固体含量的PHA相。在某些实施方式中，搅拌溶剂体系和浆料混合物小于约3小时(例如小于约2小时)和/或至少为约1分钟(例如至少为约10分钟，至少为约30分钟)。
在特定的实施方式中，相对于在PHA相中溶解的PHA的量，PHA相含有小于约0.5重量％(例如小于约0.25重量％，小于约0.1重量％)的生物质。
在某些实施方式中，生物质相含有小于约25重量％(例如小于约20重量％，小于约15重量％)的溶剂(该溶剂初始存在于溶剂体系中)和/或至少为约1重量％(例如至少为约5重量％，至少为约10重量％)的溶剂(该溶剂初始存在于溶剂体系中)。
在某些实施方式中，PHA相具有相对低的粘度。例如，该相的粘度可以为小于约100厘泊(例如小于约75厘泊，小于约50厘泊，小于约40厘泊，小于约30厘泊)。不希望受理论的限制，据信制备PHA相以使其具有相对低的粘度可以导致PHA相从残余生物质相中相对良好的分离。特别是，据信在离心期间相分离的速率与PHA相的粘度成反比例，所以对于给定的离心时间，相对于其中PHA相具有较高粘度的特定体系，降低PHA相的粘度导致改善的相分离。
在特定的实施方式中，PHA相具有相对高的聚合物浓度。例如，PHA相的聚合物浓度可以为至少约2％(例如至少为约2.5％，至少为约3％，至少为约3.5％，至少为约4％，至少为约4.5％，至少为约5％)。
可以使用各种类型的利用离心力的装置。作为实例，在某些实施方式中使用碟盘式离心装置(disc stack)(例如SC-6型，来自位于Northvale，NJ的Westfalia Separator US，Inc.)进行离心。在特定实施方式中，使用滗析器(例如CA-220型，来自Northvale，NJ的Westfalia Separator US，Inc.)进行离心。在某些实施方式中，可以使用水力漩流器。
在特定实施方式中，可以使用逆流离心接触器(例如Podbielniak离心接触器、Luwesta离心接触器、Taylor-Couette离心接触器)。通常，通过使两种(或可能多种)液流彼此接触而使用逆流离心接触器。一种液流(溶剂流)开始作为相对富含溶剂的流体流。另一种液流(生物质流)开始作为相对富含PHA的流体流。在逆流条件下使该两种液流接触，使得溶剂最多的溶剂流部分与PHA最少的生物质流部分接触(以增加，例如最佳化从生物质流中回收PHA)，和/或使得PHA最多的生物质流部分与最富含PHA的溶剂流部分接触(以增加，例如最佳化溶剂流中PHA的浓度)。在特定的实施方式中，这是通过使溶剂流与生物质流的流动相反(相反流动条件)而实现的。逆流离心接触器可获自例如，B&P Process Equipment(Saginaw，MI)和Quadronics。可市购的逆流离心接触器的实例包括Podbielniak A-1逆流离心接触器(B&PProcess Equipment)和Podbielniak B-10逆流离心接触器(B&P ProcessEquipment)。
通常，用于离心的条件(例如力、时间)可以根据需要改变。
在某些使用碟盘式离心装置的实施方式中，可以使用至少为约5,000RCF(相对离心力)(例如至少为约6,000RCF，至少为约7,000RCF，至少为约8,000RCF)和/或小于约15,000RCF(例如小于约12,000RCF，小于约10,000RCF)进行离心。在使用倾析器的特定实施方式中，可以使用至少为约1,000RCF(例如至少为约1,500RCF，至少为约2,000RCF，至少为约2,500RCF)和/或小于约5,000RCF(例如小于约4,000RCF，小于约3,500RCF)进行离心。在使用逆流离心接触器的特定实施方式中，可以使用至少约1,000RCF(例如至少为约1,500RCF，至少为约2,000RCF，至少约2,500RCF)和/或小于约5,000RCF(例如小于约4,000RCF，小于约3,500RCF)进行离心。
在某些使用碟盘式离心装置的实施方式中，离心可以进行小于约1小时(例如小于约30分钟，小于约10分钟，小于约5分钟，小于约1分钟)和/或至少约10秒(例如至少为约20秒，至少为约30秒)。在使用倾析器的某些实施方式中，离心可以进行小于约1小时(例如小于约30分钟，小于约10分钟，小于约5分钟，小于约1分钟)和/或至少为约10秒(例如至少为约20秒，至少为约30秒)。在使用逆流离心接触器的特定实施方式中，离心可以进行小于约1小时(例如小于约30分钟，小于约10分钟，小于约5分钟，小于约1分钟)和/或至少为约10秒(例如至少为约20秒，至少为约30秒)。
在离心后，向分离出的PHA相中加入PHA的沉淀剂以形成混合物。在其中溶剂体系含有一种或多种PHA的沉淀剂的实施方式中，加入到分离出的PHA相中的沉淀剂可以与在溶剂体系中所含的沉淀剂相同或不同。
通常，加入到分离出的PHA相中的沉淀剂可以根据需要改变。在某些实施方式中，加入到分离出的PHA中的沉淀剂的量至少为约0.1体积份(例如至少为约0.25份，至少为约0.5份)沉淀剂，相对于PHA相中的溶剂的体积和/或小于约2体积份(例如小于约1.5份，小于约1份，小于约0.75份)沉淀剂，相对于PHA相中的溶剂体积。
搅拌PHA相/沉淀剂混合物以增强PHA与PHA沉淀剂的相互作用。这使得PHA从混合物中沉淀出来，导致由以下形成的组合沉淀的PHA和含有溶剂体系和加入的PHA沉淀剂的混合物。通常，在室温下搅拌PHA相/沉淀剂混合物，但是如果需要可以使用其它温度。在某些实施方式中，使用高剪切装置，例如高剪切旋转混合器(例如6直叶圆盘涡轮)、高速分散器和转子/定子高剪切在线(in-line)或罐内(in-tank)搅拌器，混合PHA相/沉淀剂混合物。通过各种装置的端速确定剪切速率，并且可以在例如，约5米/秒～约50米/秒(例如约10米/秒～约25米/秒)之间变化。不希望受理论的束缚，据信在特定的条件下高剪切混合可以提高沉淀的聚合物的质量。
然后从残余的液体(例如溶剂体系和沉淀剂)中分离沉淀的PHA。这种分离可以通过例如过滤或离心(例如使用篮式离心机、使用真空带式过滤机)而进行。
一般，然后洗涤沉淀的PHA以帮助除去不需要的杂质，例如残留的溶剂和/或沉淀剂。在某些实施方式中，可以用溶剂(例如相对新制的溶剂)洗涤聚合物，该溶剂例如，PHA溶剂和PHA沉淀剂的混合物(例如在0-100％之间的任何比例)。通常选择用于洗涤的组合物以降低(例如最小化)聚合物的再次溶解和/或增强(例如最大化)杂质的除去。在特定的实施方式中，适当的比例可能依赖于特定聚合物组成和/或可以通过标准试验(洗涤效率)确定。在某些实施方式中，这种洗涤步骤可以在高温和适当的停留时间下进行，以进一步促进洗涤和除去杂质。
一般，干燥洗涤的沉淀的PHA(例如在约40℃～约100℃的温度下)。可以在真空(例如，以帮助促进对残余溶剂的回收)下进行干燥。在某些实施方式中，可能需要直接挤压仍含有溶剂的沉淀的聚合物，例如，排气式(devolatilizing)挤出机。可以例如在接近聚合物熔点的温度下进行这种挤压，并且可以直接从挤出机中回收溶剂。任选地可以在压力下将水注入排气式挤出机中(例如以原位产生蒸汽，来促进痕量残留溶剂的有效汽提和除去)。
气体流(例如空气、CO2或蒸汽)可任选地被注入到挤出机中(例如，以促进溶剂除去)。挤出可以将干燥和形成产物的操作(例如造粒)结合为单一的单元(single unit)，同时节约资金和工艺操作成本。
可以进一步加工残余液体(溶剂体系和沉淀剂)，从而可以重新使用液体(溶剂和/或沉淀剂)的组分。例如，可以蒸馏液体，以分离溶剂和沉淀剂。在某些实施方式中，分离出的溶剂和/或沉淀剂可以在上述的工艺中重新使用(例如作为溶剂体系中的溶剂、作为溶剂体系中的沉淀剂、作为加入到PHA相中的沉淀剂)。在某些实施方式中，可以在图2中描述的工艺(见下面所述)中重新使用分离出的溶剂和/或沉淀剂(例如作为溶剂体系中的溶剂、作为溶剂体系中的沉淀剂、作为加入到PHA相的沉淀剂)。
在特定的实施方式中，可以以连续和/或在线的方式进行该工艺(或部分工艺)。作为实例，该工艺可以包括PHA的在线转子/定子溶解工艺、和/或PHA的在线转子/定子沉淀工艺和/或在线排气式挤出机(例如Werner和Pfleiderer ZSK挤出机，由Coperion Corporation of Ramsey，NJ提供)，用于除去溶剂和形成PHA固体(例如粒料)。
在一些实施方式中，该工艺以相对有效的方式使用溶剂。例如，回收溶剂中初始使用的溶剂的至少约90体积％(例如至少约95体积％，至少约97体积％，至少约98体积％)用于再利用。
在某些实施方式中，该工艺以相对有效的方式使用沉淀剂。例如，回收溶剂中初始使用的沉淀剂和加入到PHA相中的沉淀剂的总量的至少约90体积％(例如至少为约95体积％，至少为约97体积％，至少为约98体积％)用于再利用。
图2是显示两步工艺的第二步的实施方式的流程图，该工艺可以用于通过萃取存在于残余生物质相(图1)中的至少部分PHA，提高PHA萃取的效率。如图2所示，将溶剂体系加入到生物质相中以提供含有生物质相和溶剂体系的混合物。搅拌混合物(例如使用上述有关搅拌浆料和溶剂体系混合物的条件)以提供包括PHA相(主要含有溶剂体系和PHA)和生物质相(主要含有生物质、水和夹带的溶剂体系)的组合。使用离心分离PHA相和生物质相(例如使用上述有关离心PHA相和生物质相的条件)。可以如上所述处理PHA相(例如通过加入PHA的沉淀剂、搅拌、分离、洗涤、干燥)，或者可以将PHA相加入到上述的浆料和溶剂混合物中。可以使用标准技术从残余的生物质相中汽提溶剂体系的组分(例如溶剂和/或沉淀剂)。可以通过各种方式回收生物质中含有的残余溶剂，例如在适当的塔、除溶剂干燥器(例如常规用于在萃取油后，从大豆粉中回收残余溶剂的除溶剂烘烤器(desolvantizer toaster))中汽提，或直接干燥并回收溶剂(例如真空干燥器、带有惰性气体循环和溶剂冷凝的流化床干燥器)。在某些实施方式中，含有溶剂的生物质可以在干燥器中与相容的动物饲料(例如谷蛋白饲料、干酒糟、油料种子粉(oil seed meal))共干燥，该干燥器适当设定以处理和回收和/或安全地消除(例如吸附或焚烧)残余溶剂。在图2中的全部工艺中，图1中显示第一步，并且图2中显示第二步。在某些实施方式中，任选地在如上所述除去残余溶剂后，可以将残余生物质用作发酵的营养物(例如使用酵母的乙醇发酵)。在某些实施方式中，可以水解生物质(例如通过在高温下暴露于酸性条件，用蛋白酶、分解酶处理)以改善其营养物分布用于发酵。
虽然已经描述了从生物质萃取PHA的某些方法，还可能有其它实施方式。
作为实例，可以使用干生物质。在某些实施方式中，干生物质可以与水结合以提供浆料。
作为另一实例，可以在加入溶剂体系前将PHA的沉淀剂加入到浆料中。在某些实施方式中，加入的沉淀剂的量至少为浆料的约0.5体积(例如约0.5体积～约2体积)。
在加入溶剂体系前加入沉淀剂可以导致形成相对纯的、分离的、萃取的PHA(例如纯度至少为约99％，纯度至少为约99.5％，纯度至少为约99.9％)。可以通过在酸性条件下丁醇解聚合物样品，以形成PHA单体单元的丁酯，以及脂质和磷脂脂肪酸残基的丁酯后，通过气相色谱(GC)分析确定聚合物纯度(例如使用Hewlett Packard 5890Series II GC，其配备有30m×0.32mm ID的Supelco 24044SBP-1柱，具有0.25微米膜)。使用脂肪酸和羟基酸(例如棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和3-羟基丁酸)的合适的标准物标定并标准化和量化色谱响应。这可以用于量化聚合物含量以及杂质含量。可以通过灰化量化无机杂质。
不希望被理论所束缚，据信在加入溶剂体系之前将PHA的沉淀剂加入到浆料中可以有助于除去存在于生物质(例如磷脂、中性脂质、脂蛋白)中的生物质杂质。如果生物质中的PHA固体含量相对高时(例如PHA固体含量至少为约65％，至少为约75％)，这可能是特别有利的。
作为另外的实例，可以例如在相对温和的苛性条件下(例如pH为约8.5～10，约8.5～约9，约9～约9.5，约9.5～约10)化学预处理生物质和/或浆料，接着在加入溶剂体系前中和。这可以导致形成相对纯的、分离的、萃取的PHA(例如，纯度至少为约99％，至少为约99.5％)。可以使用一种或多种相对碱性的物质，例如，氢氧化钾、氢氧化钠和/或氢氧化铵获得苛性的条件。
作为另一实例，可以在化学预处理步骤的过程中升高温度(例如在室温和约95℃之间的任何温度)和可以加入其它化学品例如表面活性剂、洗涤剂和/或酶，以进一步促进形成相对纯的、分离的、萃取的PHA(例如纯度至少为约99％，至少为约99.5％)。
不希望受理论束缚，据信在加入溶剂体系前化学处理(例如相对温和的苛性碱处理)浆料可以有助于除去存在于生物质(例如脂质，磷脂，脂蛋白)中的生物质杂质。当生物质中PHA固体含量相对高时(例如PHA固体含量至少为约65％，至少为约75％)，这可能是特别有利的。
作为另一实例，该方法可以包括在从残余生物质相分离PHA相之后但在加入PHA的沉淀剂至PHA相之前，浓缩(例如蒸发)PHA相。这可以减小溶液的体积，由此减少沉淀剂。
作为进一步的实例，在某些实施方式中可以进行该工艺而不向PHA相中添加PHA的沉淀剂。
而且，可以形成溶剂体系，并然后与生物质接触，或生物质可以与少于溶剂体系的所有组分接触，接着加入其余部分的溶剂体系(例如顺序加入或一次加入所有的)。例如，在其中溶剂体系包括PHA的溶剂和PHA的沉淀剂的实施方式中，浆料可以与溶剂接触，接着加入沉淀剂，或反之亦然。作为选择，可以合并溶剂和沉淀剂以形成溶剂体系，接着接触生物质。
此外，虽然已经描述了从生物质萃取单一PHA，该工艺可以用于从生物质中萃取多种PHA(例如2，3，4，5，6)。这种工艺可能涉及使用多种溶剂、沉淀剂和/或溶剂体系。
此外，虽然已经描述了含有PHA的单一溶剂和任选的PHA的单一沉淀剂的溶剂体系，可以使用PHA的多种溶剂(例如2，3，4，5，6)和/或PHA的多种沉淀剂(例如2，3，4，5，6)。
作为另一实例，在某些实施方式中，可以搅拌浆料/溶剂体系混合物而无需加热。可选择地，可以在加压和加热下搅拌浆料/溶剂体系混合物。
作为进一步的实例，该方法能够包括蒸馏形成(例如蒸馏)的溶剂体系/沉淀剂混合物以分离组分(例如PHA的溶剂、PHA的沉淀剂)，以便能够再利用组分中的一种或多种。
下面的实施例是解释性的并且不意图限制本发明。在这些实施例中，化学品来自Aldrich Chemical Co.Inc.(Milwaukee，WI)，高架搅拌器(overheadstirrer)为Ika-werke Eurostar power control-visc高架搅拌器(Ika Work Inc.，Wilmington，NC)，和离心机是Sorvall RC 5B plus离心机。
实施例I将一批含有70％聚合物(干基)的大肠杆菌生物质浆料分成三份，并且如下处理，其中聚合物的组成为具有25％的4-羟基丁酸酯的聚羟基丁酸酯-共-4-羟基丁酸酯a喷雾干燥并收集30克的干生物质。
b.喷雾干燥，收集30克的生物质并用去离子(DI)水再润湿到100g。
c.含有30克干生物质的未改性的100克初始浆料。
将每一批在室温、500rpm的高架搅拌下用400ml乙酸丁酯萃取2小时。将所得浆料在5000g下离心20分钟并回收PHA相。通过使用己烷作为沉淀剂从PHA相中沉淀PHA，接着在1毫米汞柱的真空和40℃的温度下干燥过夜，测定PHA含量。回收的聚合物显示32％的起始聚合物溶解(方案1)，43％的起始聚合物溶解(方案2)和大于97％的起始聚合物溶解(方案3)。
实施例II在并排的试验中，比较来自含有一维尺寸大于2微米的细胞的大肠杆菌发酵液的肉汤与含有最大尺寸为0.5微米的细胞的产碱杆菌属(Ralstoniaeutropha)。Eppendorf 5415C微量离心机中，确定在12000rpm下使用装填有1mL肉汤的1.5mL离心机管获得清澈上清液的时间。在大肠杆菌肉汤的情况下，在少于1分钟的离心时间获得清澈的上清液，而产碱杆菌属对于相似的清澈度需要大于5分钟的时间。
实施例III通过使用实施例Ic的步骤，在乙酸丁酯(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)中溶解含有70％聚合物(干基)的大肠杆菌生物质浆料制备含有5重量％聚合物的聚合物溶液(以相对于总溶液重量表示)，该聚合物的组成为含有25％4-羟基丁酸酯的聚羟基丁酸酯-共4-羟基丁酸酯。使用Brookfield LVF Viscometer(Brookfield Engineering Laboratories Inc.，Stoughton，MA)测得所得溶液的粘度为365厘泊(cP)。对于粘度小于100cP的溶液，使用1号回转杆(spindle)，对于粘度大于100cP的溶液，使用2号回转杆。用另外的乙酸丁酯将该溶液进一步稀释到溶液总重量的4％和3％聚合物。发现所得粘度分别为150cP和40cP。
接着使用己烷(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)稀释上面制备的一些乙酸丁酯中的5％聚合物溶液以制备4.5重量％、4.3重量％、4.1重量％和3.9重量％的溶液。如上所述测量这些溶液的粘度，并分别确定为215cP、37.5cP、5cP和27.5cP。
图3中描述了在乙酸丁酯中的5％聚合物溶液用另外的乙酸丁酯(PHA溶剂)稀释时的粘度与用己烷(室温下PHA的沉淀剂)稀释的粘度的比较。用沉淀剂稀释对降低粘度具有非线性和所需的影响。用己烷稀释到溶液中3.9重量％的聚合物观察到的粘度增加与在加入己烷的水平下聚合物从溶液中沉淀是一致的。
实施例IV补料分批发酵中，利用葡萄糖作为主要碳源，使用重组大肠杆菌制备聚3-羟基丁酸酯-共-4-羟基丁酸酯(30％4-羟基丁酸酯，基于摩尔浓度)。在发酵完成后，大肠杆菌细胞在至少一维的尺寸膨胀到大于2微米。生物质积累了70％的聚合物(干重)。接着使用离心收获生物质，以制造湿生物质粒料，基本不含溶解的杂质。
含有70％(干基)的聚3-羟基丁酸酯-共4-羟基丁酸酯的100克湿生物质粒料(48％干固体)充填有500ml乙酸乙酯，并且用高架搅拌器在室温下搅拌1小时。聚合物组成为30％4-羟基丁酸酯(摩尔浓度)。在粘度增加到进一步混合不能有效混合材料的程度后，停止混合。收集总共350ml浆料，并在5000g下离心总共20分钟(Sorvall RC 5B plus离心机，Kendro LaboratoryProducts，Newtown CT)。根据质量平衡计算，从350mL浆料中应该回收的乙酸乙酯的理论量为300mL。
PHA相的PHA含量为约5.3％。通过在离心后倾析回收220毫升的PHA相，占在离心前浆料的总共可回收的乙酸乙酯的约73体积％。
实施例V重复前面的实施例，不同在于使用乙酸丁酯(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)而不是乙酸乙酯。溶液中的聚合物为约4.3％。在离心后界面处出现乳化层。通过在离心后倾析而回收250毫升PHA相，占离心前浆料中存在的总共可回收的乙酸丁酯的约83％。
实施例VI重复前面的实施例，不同在于使用MIBK(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)而不是乙酸丁酯。溶液中的聚合物为约4.2％。通过在离心后倾析而回收290毫升PHA相，占离心前浆料中存在的总共可回收的MIBK的约97％。
实施例VII含有28％干固体的100克湿大肠杆菌生物质糊，其含有35％(基于干固体)4-羟基丁酸酯的75％聚3-羟基丁酸酯-共4-羟基丁酸酯，将该糊与200克的己烷(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)接触，并通过在室温下高架搅(Ika-werke Eurostar power control-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)萃取2小时。
通过在3,500g下离心20分钟分离己烷上清液，并在滗析己烷上清液后回收固体粒料。接着在室温下，利用高架搅拌(Ika-werke Eurostar powercontrol-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)，使用425克的MIBK(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)萃取粒料3小时。在3,500g下离心20分钟分离上清液(聚合物在MIBK中的溶液)和通过加入355克的己烷沉淀聚合物。通过使用排列有棱沟的滤纸(VWR Scientific Products，West Chester，PA)的漏斗过滤而回收沉淀的聚合物，并在1mm Hg的真空下在45℃的Büchi旋转蒸发器(rotavap)中干燥过夜，获得13克干燥的聚合物。使该干燥的聚合物聚合物在180℃下进行热膜压制(hot film pressing)。将适当量的PHA(通常为0.5克)放置在2个被垫片隔开的PET片之间，形成厚度为100微米的膜。将该膜组装物(即2个片、垫片和PHA)放置在加热(180℃)的压力机(Carver Hydraulic Press Model#3912，Carver Inc.，Wabash，IN)块(block)之间，并且施加10吨的载荷30秒。然后将该膜在铝块之间冷却，并观察颜色和清澈度。这产生了基本清澈的膜，该膜在压机循环过程中在180℃的操作温度下基本上没有烟熏的或令人厌恶的味道。
实施例VIII重复前面的实施例，不同在于使用庚烷(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)而不是己烷。该工艺产生基本清澈的膜，该膜基本没有烟熏的或令人厌恶的味道。
实施例IX重复前面的实施例，不同在于使用Soltrol100(C9-C11异烷烃的混合物，购自位于Houston，TX的Chevron Phillips Chemical Company)而不是己烷。该工艺产生基本清澈的膜，该膜基本没有烟熏的或令人厌恶的味道。
实施例X用有效的0.02N NaOH(Aldrich Chemical Co.Inc.，Milwaukee，WI)在65℃下处理100克的湿大肠杆菌生物质糊20分钟，该糊具有28％干固体，该固体含有35％(基于干固体)4-羟基丁酸酯的75％的聚3-羟基丁酸酯-共4-羟基丁酸酯，之后5分钟内快速冷却至室温。使用85％的磷酸(Aldrich ChemicalCo.Inc.，Milwaukee，WI)将所得浆料中和到pH为7，然后离心(3,500g)20分钟，并且用2体积的去离子水洗涤。弃去上清液，并使用425克的MIBK在室温下用高架搅拌(Ika-werke Eurostar power control-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)将糊萃取3小时。通过在3,500g下离心20分钟分离上清液(聚合物在MIBK中的溶液)和通过加入355克己烷沉淀聚合物。通过过滤回收该沉淀的聚合物并在Büchi B-171旋转蒸发器中干燥(65℃和1mm Hg真空8小时)，以得到12克干燥的聚合物。在180℃下对该干燥的聚合物进行热膜压制。这得到仅仅具有非常轻微的脱色/不透明的膜。
实施例XI重复前面的实施例，但是没有在65℃用NaOH处理20分钟和快速冷却的步骤。如此回收的PHA在热膜压制过程中产生具有强烈黄色脱色和不透明性的膜。还有在试验过程中热降解的证据，如由在膜试验压力循环(180℃和10吨的压力，30秒的期间)发烟而证明。
实施例XII下面是使用逆流离心接触器的单步工艺的实施例。
含有26％大肠杆菌干固体的11kg的生物质糊与38.6kg甲基异丁基酮(4-甲基-2-戊酮或MIBK)在30℃时，在装备有海用叶轮(marine impeller)的搅拌器的溶解罐中接触3小时，以保持均一的混合物。生物质含有71重量％的聚-3-羟基丁酸酯-共4-羟基丁酸酯(22％摩尔浓度的4-羟基丁酸酯)(干基)。在3小时后，通过离心来自溶解罐的样品获得的MIBK和PHA的上清液溶液含有4.1重量％的PHA，表示91.2％的溶解。
以635ml/min的速度，将细胞糊和MIBK的混合物供入A-1中试规模Podbielniak萃取器(B&P Process Equipment，Saginaw，MI)作为重质液体进料(heavy liquid in)(HLI)。同时，将新鲜的MIBK供入作为轻质液体进料(LLI)，以进行逆流洗涤和在Podbielniak接触器中的细胞糊的萃取。以175ml/min的速度供应LLI以保持进料比例HLI∶LLI为3.6∶1。在90分钟期间总共供入49.6kg的HLI和12.8kg的LLI。收集了总共8.9kg的残余细胞糊作为重质液体出料(HLO)，并且在90分钟期间内，收集53.6kg MIBK中的PHA溶液作为轻质液体出料(LLO)。LLO含有溶液中的3.75重量％PHA，这通过干燥该材料的样品测定。LLO中总共回收了2.0kg的PHA，与之相比在HLI细胞糊进料中含有2.04kg的PHA(98.4％总回收率)。
质量平衡测量显示，在MIBK溶液(LLO)的清澈PHA中，回收了在结合的HLI和LLI中含有的全部MIBK的98％以上。实验室离心显示在3000g下离心1分钟后形成非常清澈的界面。通过LLO保持清澈90分钟试验时间还确认了没有任何界面的聚集物。
Podbielniak萃取器的改善的PHA回收率(98.4％)与用单步溶解获得的回收率相比(91.2％)证实了与新鲜溶剂逆流接触以改善PHA回收率的有效性。残余生物质糊的粘度也通过逆流接触而显著降低，这是几乎全部除去PHA的结果。
实施例XIII下面是使用环己酮萃取PHA的实施例。
90℃下，将90克的湿大肠杆菌生物质糊加入到400克的环己酮(Aldrich Chemical Co.，Inc.，Milwaukee，WI)，该糊具有28％的干固体，该固体含有12％4-羟基丁酸酯(基于干固体)的80％聚3-羟基丁酸酯共4-羟基丁酸酯(PHA)。在30,000rpm，使用装备有单槽转子定子组合的手持均化器(Virtis，Gardiner，NY)均化该溶液5分钟，然后使用高架搅拌器(Ika-werkeEurostar power control-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)搅拌30分钟。在溶剂接触步骤期间，温度控制在90±5℃。然后通过滗析使用Sorvall RC 5B plus离心机(Kendro Laboratory Products，Newtown，CT)在3000g下离心生物质糊/环己酮混合物5分钟，从残余生物质糊粒料分离上清液(聚合物在环己酮中的溶液)。
然后将上清液在烧杯中再次加热到80±5℃，并且在5分钟的期间将等体积的庚烷(保持在室温下)缓慢加入到该溶液中，同时使用高架搅拌器(Ika-werke Eurostar power control-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)强烈搅拌，以沉淀聚合物同时将温度保持在70℃和80℃之间。通过使用排列有棱沟的滤纸(VWR Scientific Products，West Chester，PA)的漏斗过滤而回收沉淀的聚合物，并且在化学烟橱中空气干燥过夜，以产生16克的白色聚合物颗粒(80％总回收率)。
通过在由垫片隔开的2个PET片之间放置大约0.5克的聚合物，以形成厚度为100微米的膜，而制备膜。将该膜组装物(即2个片、垫片和PHA)放置在加热(180℃)的压力机(Carver Hydraulic Press Model#3912，CarverInc.，Wabash，IN)块(block)之间，并且施加10吨的载荷30秒。然后将该膜在铝块之间冷却，并观察颜色和清澈度。这产生了基本清澈的膜，该膜在压机循环过程中在180℃的操作温度下基本上没有烟熏的或令人厌恶的味道。
实施例XIV下面是PHBH萃取的实施例。
使用基因工程的产碱杆菌株(如在Kichise等人，(1999)，Intl.J.Biol.Macromol.2569-77)描述制备的)和Naylor在US专利No.5,871,980中描述的使用果糖和月桂酸作为碳源的发酵工艺，制备产碱杆菌属(Ralstoniaeutropha)的湿细胞糊(水中27重量％生物质固体)，该糊含有大约65％聚3-羟基丁酸酯共3-羟基己酸酯(PHBH)(基于干生物质)，其组成为5-7％摩尔浓度的羟基己酸酯(Kichise等人，(1999)，Intl.J.Biol.Macromol.2569-77)。将该生物质加入到合适量的MIBK，得到PHBH在溶剂中的5％溶液(w/w)。在30,000rpm，使用装备有单槽转子定子组合的手持均化器(Virtis，Gardiner，NY)均化该溶液5分钟，然后使用高架搅拌器(Ika-werke Eurostar powercontrol-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)搅拌30分钟。在溶剂接触步骤期间，将温度控制在80±5℃。然后，使用Sorvall RC 5B plus离心机(Kendro Laboratory Products，Newtown，CT)通过离心而分离所得的生物质/溶剂混合物。在3000g下将生物质糊/环己酮混合物离心5分钟，以通过倾析从残余生物质糊粒料中分离上清液(聚合物在环己酮中的溶液)。
将上清液加入到烧杯中，并且在5分钟的期间将等体积的庚烷缓慢加入到该溶液中，同时使用高架搅拌器(Ika-werke Eurostar power control-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)强烈搅拌，以沉淀聚合物。在化学烟橱中干燥过夜后，回收白色聚合物晶体粉末。
实施例XV下面是PHBX萃取的实施例。
如Matsusakai等人(1999，Biomacromolecules 117-22)所述，制备基因工程的假单胞菌种(Pseudomonas sp)的湿细胞糊，并且在葡萄糖上生长，其基于干生物质含有大约50％的聚3-羟基丁酸酯-共3-羟基辛酸酯-共3-羟基癸酸酯-共3-羟基十二酸酯-共3-羟基十二碳烯酸酯(PHBX)，组成为92％3-羟基丁酸酯、1％3-羟基辛酸酯、3％3-羟基癸酸酯、3％3-羟基十二酸酯和1％3-羟基十二碳烯酸酯(摩尔浓度)。将生物质加入到合适量的MIBK中，得到PHBX在溶剂中的5％溶液(w/w)。在30,000rpm，使用装备有单槽转子定子组合的手持均化器(Virtis，Gardiner，NY)均化该溶液5分钟，然后使用高架搅拌器(Ika-werke Eurostar power control-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)搅拌30分钟。在溶剂接触步骤期间，温度控制在80±5℃。使用Sorvall RC 5B plus离心机(Kendro Laboratory Products，Newtown，CT)分离所得生物质/溶剂混合物。然后在3000g下离心生物质糊/环己酮混合物5分钟，通过滗析从残余生物质糊粒料分离上清液(聚合物在环己酮中的溶液)。
然后将上清液加入到烧杯中，并且在5分钟的期间将等体积的庚烷缓慢加入到该溶液中，同时使用高架搅拌器(Ika-werke Eurostar powercontrol-visc高架搅拌器，Ika Work Inc.，Wilmington，NC)强烈搅拌，以沉淀聚合物。在化学烟橱中干燥过夜后，回收白色聚合物晶体粉末。
其它实施方式在权利要求中。
权利要求
1.一种从含有聚合物的生物质中分离该聚合物的方法，该方法包括使生物质与溶剂体系接触，该溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，以提供残余生物质和包括聚合物、聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的溶液；和对该溶液和残余生物质施加离心力以从残余生物质中分离至少一些所述溶液。
2.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂的密度小于约0.95千克/升。
3.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂是非卤化的。
4.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂在水中的溶解度小于约1％。
5.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂基本上是基本上不可水解的。
6.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂相对于100℃水的logK值为至少约1.5。
7.权利要求1的方法，其中溶剂的沸点高于100℃。
8.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂选自酮、酯和醇。
9.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂选自MIBK、乙酸丁酯、环己酮及其组合。
10.权利要求1的方法，其中聚合物的沉淀剂在室温下溶解小于约0.2％的聚合物。
11.权利要求1的方法，其中在聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的等摩尔泡点下，聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的相对挥发度至少为约2。
12.权利要求1的方法，其中聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂不形成共沸物。
13.权利要求1的方法，其中沉淀剂包括至少一种烷烃。
14.权利要求1的方法，其中溶液包括至多为约25体积％的聚合物的沉淀剂。
15.权利要求1的方法，其中溶液的聚合物浓度为至少约2％。
16.权利要求1的方法，其中溶液的粘度至多为约100厘泊。
17.权利要求1的方法，其中含有该聚合物的生物质源于微生物，并且其聚合物含量至少为约50重量％。
18.权利要求1的方法，其中含有该聚合物的生物质源于植物，并且其聚合物含量为小于约50重量％。
19.权利要求1的方法，其中含有该聚合物的生物质包括含有聚合物的细胞。
20.权利要求1的方法，进一步包括从溶液中除去至少一些聚合物。
21.权利要求20的方法，进一步包括挤压该除去的聚合物以使聚合物干燥并造粒。
22.权利要求20的方法，其中从溶液中除去聚合物不包括将溶液暴露于热水。
23.权利要求20的方法，其中从溶液中除去聚合物包括向溶液中加入聚合物的第二沉淀剂。
24.权利要求23的方法，其中聚合物的第一和第二沉淀剂是相同的。
25.权利要求20的方法，进一步包括在从溶液中除去至少一些聚合物前蒸发部分溶液。
26.权利要求1的方法，进一步包括，在对溶液施加离心力后，加入一定体积的聚合物的第二沉淀剂以从溶液中除去至少一些聚合物，其中相对于溶剂体系的体积，第二沉淀剂的体积小于约2份。
27.权利要求1的方法，其中聚合物含有PHA。
28.一种从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物和溶剂体系的溶液；向溶液中加入聚合物的沉淀剂；和在加入聚合物的沉淀剂后从残余生物质中至少分离一些溶液。
29.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂的密度小于约0.95千克/升。
30.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的非卤化的溶剂。
31.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂在水中的溶解度小于约1％。
32.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂是基本上不可水解的。
33.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂相对于100℃水的logK值至少为约1.5。
34.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂的沸点高于100℃。
35.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括至少一种选自酮、酯和醇的溶剂。
36.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括至少一种选自MIBK、乙酸丁酯、环己酮及其组合的溶剂。
37.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的沉淀剂，该沉淀剂在室温下溶解小于约0.2％的聚合物。
38.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且在聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的等摩尔泡点下，聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的相对挥发度至少为约2。
39.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂不形成共沸物。
40.权利要求28的方法，其中溶剂体系包括聚合物的沉淀剂，该沉淀剂包括烷烃。
41.权利要求28的方法，其中溶液的聚合物浓度至少为约2％。
42.权利要求28的方法，其中溶液的粘度至多为约100厘泊。
43.权利要求28的方法，其中含有该聚合物的生物质源于微生物，并且其聚合物含量至少为约50重量％。
44.权利要求28的方法，其中含有该聚合物的生物质源于植物，并且其聚合物含量小于约50重量％。
45.权利要求28的方法，其中含有该聚合物的生物质包括含有聚合物的细胞。
46.权利要求28的方法，进一步包括从溶液中除去至少一部分聚合物，其中除去聚合物不包括将溶液暴露于热水。
47.权利要求28的方法，其中从残余生物质中至少分离一些溶液包括对溶液和残余生物质施加离心力。
48.权利要求28的方法，进一步包括在向溶液中加入聚合物的沉淀剂之前，蒸发部分溶液，以从溶剂体系中除去至少一些聚合物。
49.权利要求28的方法，进一步包括，在分离后，加入一定体积的聚合物的第二沉淀剂以从溶液中除去至少一些聚合物，其中相对于溶剂体系的体积，第二沉淀剂的体积小于约2份。
50.权利要求28的方法，进一步包括从溶液中除去至少部分聚合物；和挤压该除去的聚合物以使聚合物干燥并造粒。
51.权利要求28的方法，其中聚合物含有PHA。
52.一种从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物和溶剂体系的溶液，溶液的聚合物浓度为至少约2％和粘度至多为约100厘泊；和从残余生物质中分离至少一些溶液。
53.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂的密度小于约0.95千克/升。
54.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的非卤化的溶剂。
55.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂在水中的溶解度小于约1％。
56.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂是基本上不可水解的。
57.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，其相对于100℃水的LogK值至少为约1.5。
58.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂的沸点大于100℃。
59.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括至少一种选自酮、酯和醇的溶剂。
60.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括至少一种选自MIBK、乙酸丁酯、环己酮及其组合的溶剂。
61.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的沉淀剂，该沉淀剂在室温下溶解小于约0.2％的聚合物。
62.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且在聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的等摩尔泡点下，聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的相对挥发度至少为约2。
63.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂不形成共沸物。
64.权利要求52的方法，其中溶剂体系包括聚合物的沉淀剂，该沉淀剂包括烷烃。
65.权利要求52的方法，其中含有该聚合物的生物质源于微生物，并且其聚合物含量至少为约50重量％。
66.权利要求52的方法，其中含有该聚合物的生物质源于植物，并且其聚合物含量小于约50重量％。
67.权利要求52的方法，其中含有该聚合物的生物质包括含有聚合物的细胞。
68.权利要求52的方法，进一步包括从溶液中除去至少一些聚合物。
69.权利要求68的方法，进一步包括挤压该除去的聚合物以使聚合物干燥并造粒。
70.权利要求68的方法，其中从溶液中除去聚合物不包括将溶液暴露于热水。
71.权利要求68的方法，其中从溶液中除去聚合物包括向溶液中加入聚合物的沉淀剂。
72.权利要求68的方法，进一步包括在从溶液中除去至少一些聚合物之前蒸发部分溶液。
73.权利要求52的方法，其中从残余生物质中分离至少一些溶液包括对溶液和残余生物质施加离心力。
74.权利要求52的方法，其中聚合物含有PHA。
75.一种从含有聚合物和生物质杂质的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使生物质与至少一种烷烃接触以从含有该聚合物和生物质杂质的生物质中除去至少一些生物质杂质，由此提供纯化的含有该聚合物的生物质；和使纯化的生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物和聚合物的溶剂的溶液。
76.权利要求75的方法，进一步包括从残余生物质中分离至少一些溶液，和向溶液中加入聚合物的沉淀剂以从溶剂体系中除去至少一些聚合物。
77.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂的密度小于约0.95千克/升。
78.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的非卤化的溶剂。
79.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂在水中的溶解度小于约1％。
80.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂是基本上不可水解的。
81.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂相对于100℃水的logK值至少为约1.5。
82.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂，该溶剂的沸点大于100℃。
83.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括至少一种选自酮、酯和醇的溶剂。
84.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括至少一种选自MIBK、乙酸丁酯、环己酮及其组合的溶剂。
85.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的沉淀剂，该沉淀剂在室温下溶解小于约0.2％的聚合物。
86.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且在聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的等摩尔泡点下，聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂的相对挥发度至少为约2。
87.权利要求75的方法，其中溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂不形成共沸物。
88.权利要求75的方法，其中该烷烃是己烷、庚烷或异烷烃。
89.权利要求75的方法，其中溶液的聚合物浓度为至少约2％。
90.权利要求75的方法，其中溶液的粘度至多为约100厘泊。
91.权利要求75的方法，其中含有该聚合物的生物质源于微生物，并且其聚合物含量为至少约50重量％。
92.权利要求75的方法，其中含有该聚合物的生物质源于植物，并且其聚合物含量小于约50重量％。
93.权利要求75的方法，其中含有该聚合物的生物质包括含有聚合物的细胞。
94.权利要求75的方法，包括从溶液除去至少部分聚合物，其中除去聚合物不包括将溶液暴露于热水。
95.权利要求75的方法，其中从残余生物质中分离至少一些溶液包括对溶液和残余生物质施加离心力。
96.权利要求75的方法，进一步包括在向溶液中加入聚合物的沉淀剂前蒸发部分溶液，以从溶剂体系中除去至少一些聚合物。
97.权利要求75的方法，进一步包括从溶液中除去至少部分聚合物；和挤压该除去的聚合物以使聚合物干燥并造粒。
98.权利要求75的方法，其中聚合物含有PHA。
99.一种从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使生物质和溶剂体系在逆流条件下接触。
100.权利要求99的方法，进一步包括形成PHA相和残余生物质相，其中在PHA相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至少为约0.8。
101.权利要求99的方法，进一步包括形成PHA相和残余生物质相，其中在残余生物质相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至多为约0.2。
102.权利要求99的方法，其中该方法是单步法。
103.权利要求99的方法，其中该方法是多步法。
104.权利要求99的方法，其中逆流条件包括至少为约65psig的压力。
105.一种从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使用形成PHA相和残余生物质相的一步工艺，使生物质和溶剂体系接触，其中在PHA相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至少为约0.8。
106.权利要求105的方法，其中在残余生物质相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至多为约0.2。
107.一种从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使用形成PHA相和残余生物质相的一步工艺，使生物质和溶剂体系接触，其中在残余生物质相中存在的溶剂体系的体积和与生物质接触的溶剂体系的体积的比例至多为约0.2。
108.权利要求1的方法，其中溶剂体系与生物质在逆流条件下接触。
109.权利要求108的方法，其中该方法是单步法。
110.权利要求108的方法，其中该方法是多步法。
111.权利要求108的方法，其中逆流条件包括至少为约65psig的压力。
112.权利要求28的方法，其中溶剂体系与生物质在逆流条件下接触。
113.权利要求112的方法，其中该方法是单步法。
114.权利要求112的方法，其中该方法是多步法。
115.权利要求112的方法，其中逆流条件包括至少为约65psig的压力。
116.权利要求52的方法，其中溶剂体系与生物质在逆流条件下接触。
117.权利要求116的方法，其中该方法是单步法。
118.权利要求116的方法，其中该方法是多步法。
119.权利要求116的方法，其中逆流条件包括至少为约65psig的压力。
120.权利要求75的方法，其中至少一种烷烃与生物质在逆流条件下接触。
121.权利要求120的方法，其中该方法是一步法。
122.权利要求120的方法，其中该方法是多步法。
123.权利要求120的方法，其中逆流条件包括至少为约65psig的压力。
124.权利要求99的方法，其中至少一种烷烃与生物质在逆流条件下接触。
125.权利要求124的方法，其中该方法是一步法。
126.权利要求124的方法，其中该方法是多步法。
127.权利要求124的方法，其中逆流条件包括至少为约65psig的压力。
全文摘要
本发明特征在于从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法。一方面，该方法包括使生物质与溶剂体系接触，以提供残余生物质和溶液。溶剂体系包括聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂，并且溶液包括聚合物、聚合物的溶剂和聚合物的沉淀剂。对溶液和残余生物质施加离心力以从残余生物质中分离至少部分溶液。在另一方面，一种从含有聚合物的生物质中分离聚合物的方法，该方法包括使生物质与溶剂体系接触以提供残余生物质和包括聚合物和溶剂体系的溶液；向溶液中加入聚合物的沉淀剂；和在聚合物的沉淀剂后从残余生物质中至少分离一些溶液。
文档编号C08G63/00GK1688629SQ03823836
公开日2005年10月26日 申请日期2003年7月23日 优先权日2002年8月6日
发明者约翰·V·沃尔塞姆, 钟路华, 西蒙·S·希 申请人:梅塔博利克斯股份有限公司