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      由微生物生物質(zhì)生產(chǎn)脂肪酸酯的直接方法

      文檔序號:9568222閱讀:1030來源:國知局
      由微生物生物質(zhì)生產(chǎn)脂肪酸酯的直接方法
      【專利說明】
      [0001] 本申請要求2013年6月25日提交的待審美國臨時專利申請No. 61/838944的權(quán) 益。
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0002] 本發(fā)明涉及一種由微生物生物質(zhì)生產(chǎn)脂肪酸酯的方法。
      【背景技術(shù)】
      [0003] 微生物如真菌、酵母菌、細(xì)菌和藻類具有產(chǎn)生脂類的能力。在由脂類生產(chǎn)用作生物 柴油的脂肪酸酯的典型方法中,脂類首先由微生物生物質(zhì)回收和然后進(jìn)行酸或堿催化(例 如硫酸或氫氧化鈉)以將脂類酯交換為脂肪酸酯。
      [0004] 脂類構(gòu)成一大類天然分子,其包括脂肪、蠟、固醇、脂溶性維生素(如維生素 A、D、E 和K)、甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯、磷脂類等。脂類的主要生物功能包括能量儲存、作為 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)組分和作為重要的信號分子。脂類通常累積在微生物細(xì)胞中。因此,已經(jīng)實(shí) 踐了從賦有脂類生產(chǎn)能力的微生物細(xì)胞中提取脂類的各種方法。為了從源材料釋放脂類, 可能有必要在脂類提取之前破壞細(xì)胞壁。破壞可以通過物理、酶促和/或化學(xué)進(jìn)行。優(yōu)選 地,細(xì)胞破壞通過機(jī)械方式進(jìn)行。已有若干方法用于物理破壞細(xì)胞,包括均化、超聲處理、冷 凍/解凍、擠出和機(jī)械破碎。但這些方法要求很長的時間來回收足夠量的脂類,因此不能進(jìn) 行有效的提取。例如,濕的微生物生物質(zhì)均化可能產(chǎn)生使隨后提取步驟困難的乳液。
      [0005] 因此,希望開發(fā)由微生物生物質(zhì)生產(chǎn)用作生物柴油的脂肪酸酯的更加成本有效的 有效方法。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn),可以將微生物油提取和酯交換組合為本發(fā)明的一次通過的原位或直接 酯交換方法。
      [0007] 在一個實(shí)施方案中,提供一種生產(chǎn)脂肪酸酯的方法,其包括:(a)提供微生物生物 質(zhì);(b)使微生物生物質(zhì)與包含醇和至少一種α -羥基磺酸的溶液接觸,由此產(chǎn)生包含至少 一種脂肪酸酯的經(jīng)酸處理的生物質(zhì);和(c)由所述經(jīng)酸處理的生物質(zhì)回收所述脂肪酸酯。
      [0008] 在又一個實(shí)施方案中,提供一種生產(chǎn)脂肪酸酯的方法,其包括:(a)提供微生物生 物質(zhì);(b)使微生物生物質(zhì)與包含醇和至少一種α -羥基磺酸的溶液接觸,由此產(chǎn)生包含至 少一種脂肪酸酯的經(jīng)酸處理的生物質(zhì);(c)由所述經(jīng)酸處理的生物質(zhì)回收所述脂肪酸酯; 和(d)通過加熱和/或降低壓力從所述經(jīng)酸處理的生物質(zhì)除去其組分形式的α_羥基磺 酸,以產(chǎn)生包含基本上不含α-羥基磺酸的經(jīng)酸處理的生物質(zhì)的除去酸的產(chǎn)物。
      [0009] 在另一個實(shí)施方案中,所述方法包括將除去的α -羥基磺酸作為組分或以其重新 組合形式循環(huán)至步驟(b)。
      [0010] 在又一個實(shí)施方案中,提供一種組合物,其包含:(a)包含至少一種脂類的微生物 生物質(zhì),(b)至少一種α_羥基磺酸,(c)醇,和(d)水。在又一個實(shí)施方案中,提供一種組 合物,其包含:(a)生物質(zhì)殘?jiān)?,(b)醇,(c)至少一種α-羥基磺酸,(d)水,和(e)至少一 種脂肪酸烷基酯。
      [0011] 本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn) 行許多改變,但這些改變在本發(fā)明精神內(nèi)。
      【附圖說明】
      [0012] 附圖1描述了本發(fā)明一些實(shí)施方案的某些方面,和不應(yīng)用于限制或限定本發(fā)明。
      [0013] 附圖1示意性描述了本發(fā)明處理方法的實(shí)施方案的流程圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0014] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn),通過使用α -羥基磺酸,可使微生物生物質(zhì)通過如下過程在單一步驟 中原位轉(zhuǎn)化為生物柴油:破壞微生物生物質(zhì)細(xì)胞,釋放脂溶性組分和在醇存在下催化轉(zhuǎn)化 為脂肪酸酯(脂肪酸烷基酯)。α-羥基磺酸有效用于破壞微生物細(xì)胞壁和催化轉(zhuǎn)化,改進(jìn) 微生物生物質(zhì)的脂肪酸酯收率。此外,α-羥基磺酸可逆轉(zhuǎn)化為容易除去和可回收的材料, 例如通過在高壓下均化不會形成乳液。
      [0015] 在微生物細(xì)胞中包含脂類的微生物如微生物生物質(zhì)可以通過本發(fā)明方法處理。微 生物生物質(zhì)可通過光合作用或通過發(fā)酵生長。微生物生物質(zhì)可以包括如微藻類、酵母菌、真 菌或細(xì)菌。
      [0016] 可用于本發(fā)明處理中的α -羥基磺酸的通式為:
      [0018] 其中&和1?2各自為氫或具有至多約9碳原子的烴基,其可能包含或可能不包含 氧。該α-羥基磺酸可以為上述酸的混合物。通??梢愿鶕?jù)下文一般反應(yīng)式1通過如下過 程制備該酸:使至少一種羰基化合物或羰基化合物的前體(如三氧雜環(huán)己烷和低聚甲醛) 與二氧化硫或二氧化硫的前體(如硫和氧化劑或者三氧化硫和還原劑)和水反應(yīng)。
      [0020] 其中札和1?2各自為氫或具有至多約9碳原子的烴基或它們的組合。
      [0021] 發(fā)現(xiàn)在用于制備本發(fā)明使用的α -羥基磺酸的羰基化合物的描述性實(shí)例中:
      [0022] 札=尺2=以甲醛)
      [0023] R1= H,R2= CH3(乙醛)
      [0024] 札=H,R 2 = CH 2CH3 (丙醛)
      [0025] R!= H,R2= CH2CH2CH3 (正丁醛)R!= H,R2= CH(CH3)2(異丁醛)
      [0026] R!= H,R2= CH20H(乙醇醛)
      [0027] R1= H,R2= CHOHCH20H(甘油醛)
      [0028] R1= H,R2= C( = 0)H(乙二醛)
      [0030] R!= R2= CH3(丙酮)
      [0031] R!= CH20H,R2= CH3(丙酮醇)
      [0032] R1= CH 3, R2= CH 2CH3 (甲乙酮)
      [0033] CH3,R2= CHC(CH3)2(亞異丙基丙酮)
      [0034] R1= CH3, R2= CH2CH(CH3)2(甲基異丁基酉同)
      [0035] R!,R2 = (CH 2) 5 (環(huán)己酮)或
      [0036] R1= CH3,R2= CH2C1(氯丙酮)
      [0037] 羰基化合物和它的前體可以為上述化合物的混合物。例如,混合物可以羰基化合 物或它的前體,如已知在高溫下熱轉(zhuǎn)化為甲醛的三氧雜環(huán)己烷或可通過任何已知的方法使 醇脫氫為醛而轉(zhuǎn)化為醛的醇。這種由醇至醛的轉(zhuǎn)化的實(shí)例描述如下。羰基化合物源的實(shí)例 可為由快速熱解油產(chǎn)生的羥基乙醛和其它醛和酮的混合物,例如描述于"Fast Pyrolysis and Bi〇-〇il Upgrading, Biomass-t〇-Diesel Workshop",Pacific Northwest National Laboratory,Richland,Washington,2006年9月5-6日。幾基化合物和它的前體還可以為 酮和/或醛的混合物(含或不含可轉(zhuǎn)化為酮和/或醛的醇),優(yōu)選1-7個碳原子。
      [0038] 通過組合有機(jī)羰基化合物、S02和水來制備α -羥基磺酸為一般反應(yīng)和對于丙酮如 反應(yīng)式2所示。
      [0040] α -羥基磺酸看上去與HC1 -樣強(qiáng)(如果不是比HC1更強(qiáng)的話),因?yàn)閾?jù)報道加合 物的含水溶液與NaCl反應(yīng)釋放出更弱的酸HC1 (參見US3, 549, 319)。反應(yīng)式1中的反應(yīng)是 真正的平衡,其導(dǎo)致了容易的酸可逆性。也就是說,當(dāng)加熱的時候,平衡移向初始羰基、二氧 化硫和水(組分形式)。如果揮發(fā)性組分(如二氧化硫)允許經(jīng)由氣化或其它方法離開反 應(yīng)混合物,則酸反應(yīng)完全逆轉(zhuǎn)且溶液有效變?yōu)橹行浴R虼?,通過增加溫度和/或降低壓力, 由于Le ChStelier原理,可以將二氧化硫驅(qū)除和反應(yīng)完全逆轉(zhuǎn),羰基化合物的命運(yùn)取決 于所應(yīng)用材料的性質(zhì)。如果羰基化合物也具有揮發(fā)性(如乙醛),則該材料也容易以蒸氣 相除去。羰基化
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