DE69837914T2

DE69837914T2 - Hochtemperatur-PHA Extraktion mit schlecht-lösenden Lösungsmittel für PHA

Info

Publication number: DE69837914T2
Application number: DE69837914T
Authority: DE
Inventors: Devdatt L. Maryland Heights KURDIKAR; Fred E. Saint Charles STRAUSER; A. John University City SOLODAR; Mark D. Chesterfield PASTER
Original assignee: Metabolix Inc
Current assignee: Metabolix Inc
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: DE69837914D1; WO1998046783A1; AU6974398A; EP0973930A1; US6087471A; ATE364708T1; EP0973930B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion und Gewinnung von Polyhydroxyalkanoat (PHA) aus Biomasse.
Seit einigen Jahren besteht beträchtliches Interesse an der Verwendung biologisch abbaubarer Polymere, das aus Sorgen bezüglich der Akkumulation von Kunststoffabfällen resultiert. Der potenzielle weltweite Markt für biologisch abbaubare Polymere ist enorm. Einige der Märkte und Verwendungen, die am stärksten für eine Verwendung derartiger Biopolymere offen sind, betreffen diejenigen mit einmaligen, kurzen Verwendungen, wozu Verpackungsmaterialien, Artikel der Körperhygiene, Abfallbeutel und andere gehören. Diese Verwendungen sind zwar schlecht für ein Recycling geeignet, aber ideal für einen biologischen Abbau über eine Kompostierung.
PHA-Biopolymere sind thermoplastische Polyester, die von zahlreichen Mikroorganismen als Reaktion auf einen Nährstoffmangel erzeugt werden. Das kommerzielle Potenzial für PHAs umfasst viele Industriezweige und leitet sich in erster Linie aus bestimmten vorteilhaften Eigenschaften ab, die PHA-Polymere von petrochemisch erzeugten Polymeren unterscheiden, nämlich einer ausgezeichneten biologischen Abbaubarkeit und einer natürlichen Erneuerbarkeit. Die Durchsetzung von PHA als echte Alternative zu petrochemisch gewonnenen Polymeren wird jedoch von der Entwicklung und Implementierung effizienter und selektiver Verfahren für die Produktion und Gewinnung von PHA abhängen.
Ein verbessertes Verständnis der Biologie der Biosynthesewege der PHAs hat den Einsatz mikrobieller Organismen, sowohl natürlicher als auch rekombinanter, und in jüngerer Zeit von Pflanzenzellen, für die Produktion signifikanter PHA-Mengen möglich gemacht. Zwar haben diese Ansätze vielversprechende Wege für die PHA-Produktion identifiziert, aber es bleiben Hindernisse für eine effiziente und kostengünstige Gewinnung von PHA aus Ausgangsmaterialien in nützlicher Qualität und Reinheit bestehen. Viele der auf die Identifizierung von Verfahren zur Gewinnung von PHA gerichteten Bemühungen haben auf die Gewinnung aus bakteriellen Quellen unter Verwendung von Lösemitteln aus halogenierten Kohlenwasserstoffen abgezielt. Die mit halogenierten Verbindungen verbundenen Umweltprobleme und die Toxizität für den Menschen haben jedoch einen Bedarf an Trennprozessen geschaffen, die PHA-Lösemittel mit günstigeren Eigenschaften einsetzen.
Zu Veröffentlichungen, die sich auf die PHA-Gewinnung beziehen, gehören WO-A-97 07230 , WO-A-97 07229 , WO-A-96 06179 und FR 2 338 291 (die die Lösemittelextraktion von PHA beschreiben), WO-A-96 06178 (das die Gewinnung von PHA aus einer Suspension von PHA-Partikeln in einer Flüssigkeit beschreibt) und WO-A-96 25452 , das ein Verfahren zur Herstellung eines PHA-Latex durch das Lösen von PHA in einer wasserlöslichen Flüssigkeit und das Inkontaktbringen der Lösung mit Wasser unter Scherbedingungen beschreibt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Gewinnung von PHA aus Biomasse, das umfasst:
Bereitstellen von Biomasse, die PHA enthält,
Lösen des PHA mit einer Lösemittelmischung, wobei diese Mischung wenigstens ein erstes nichthalogeniertes Lösemittel umfasst, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels weniger als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst, und wenigstens ein zweites Lösemittel, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels mehr als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst, wodurch ein mit PHA angereichertes Lösemittel und ein übrig bleibendes Biomassematerial erzeugt werden,
Abtrennen des übrig gebliebenen Biomassematerials von dem mit PHA angereicherten Lösemittel durch das Vermindern der Temperatur des mit PHA angereicherten Lösemittels, sodass es zur Ausfällung des PHA kommt, und
Gewinnen des ausgefällten PHA-Polymers.
Vorzugsweise erfolgt das Lösen unter Druck und bei einer Temperatur über dem Siedepunkt des Lösemittels.
Geeignete erste nichthalogenierte Lösemittel können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus linearen und verzweigten R₁-OH-Alkoholen und R₂-COOR₃-Estern besteht, wobei R₁ = C₁-C₄, R₂ = H oder C₁-C₃ und R₃ = C₁-C₅. Beispiele für bevorzugte erste Lösemittel sind Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isoprapanol und n-Butanol. Bei dem Verfahren kann der Schritt des Lösens ferner wenigstens ein drittes Lösemittel umfassen, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels weniger als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst.
Somit wird das PHA mit einer Lösemittelmischung gelöst, die ein erstes Lösemittel und wenigstens ein zweites Lösemittel umfasst, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels mehr als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst. Das erfolgt bei einer Temperatur, die bezüglich des Auflösens des PHA wirksam ist, typischerweise bei einer Temperatur von über ungefähr 80°C. Das PHA wird dann durch das Erniedrigen der Temperatur des mit PHA angereicherten Lösemittels ausgefällt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann einen Lösungsschritt einsetzen, bei dem die Lösemittelmischung ferner wenigstens ein viertes Lösemittel umfasst, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels mehr als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst.
Zu geeigneten zweiten und vierten Lösemitteln für den Einsatz in diesem Aspekt der Erfindung kann praktisch jedes beliebige Lösemittel gehören, das hinsichtlich der Solubilisierung des interessierenden PHA wirksam ist. Bevorzugte zweite und vierte Lösemittel werden typischerweise aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus cyclischen und acyclischen [linearen und verzweigten] R'-OH-Alkoholen, wobei R' = C₄-C₁₀, cyclischen und acyclischen R''-COOR'''-Estern, wobei R'' = H oder C₁-C₆ und R''' = C₁-C₇ und wobei wenigstens ein Sauerstoff wenigstens einen Kohlenstoff in R'' oder R'' ersetzt, cyclischen und acyclischen R¹-CON-[R²]₂-Amiden, wobei R¹ = H oder C₁-C₆ und R² = C₁-C₆, cyclischen und acyclischen R³-CO-R⁴-Ketonen, wobei R³ = C₁-C₆ und R⁴ = C₁-C₆,
Beispiele für bevorzugte zweite und vierte Lösemittel für den Einsatz in den erfindungsgemäßen Verfahren sind Butylacetat, Isobutylacetat, Ethylacetat, Isoamylacetat, Benzylacetat, 2-Methoxyethylacetat, Tetrahydrofurfurylacetat, Methylpropionat, Propylpropionat, Butylpropionat, Pentylpropionat, Butylbutyrat, Isobutylisobutyrat, Ethylbutyrat, Ethylvalerat, Methylvalerat, Benzylbenzoat, Methylbenzoat, Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Isobutylalkohol, 1-Butanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol, 1-Pentanol, 3-Pentanol, Amylalkohol, Allylalkohol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Cyclohexanol, 2-Ethylhexanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, Furfurylalkohol, Benzylalkohol, 2-Furaldehyd, Methylisobutylketon, Methylethylketon, γ-Butyrolacton, Methyl-n-amylketon, 5-Methyl-2-hexanon, Ethylbenzol, 1,3-Dimethoxybenzol, Cumol, Benzaldehyd, 1,2-Propandiol, 1,2-Diaminopropan, Ethylenglycoldiethylether, 1,2,3-Trimethylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, 1-Nitropropan, Toluol-2,4-diisocyanat, Essigsäure, Acrylsäure, Essigsäureanhydrid, Alpha-Methylstyrol, Acetophenon, Toluol, Ethylenglycoldiacetat, Dimethylsulfoxid und Propylencarbonat, Dimethylacetamid, Dimethylformamid oder Mischungen von diesen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt des Reduzierens der Temperatur des mit PHA angereicherten Lösemittels zur Bewirkung einer Ausfällung des PHA durchgeführt werden, während gleichzeitig das genannte, mit PHA angereicherte Lösemittel intensiv gerührt wird.
BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hier offenbarten Ausführungsformen betreffen neuartige Verfahren zur Gewinnung von PHA-Polymeren aus Biomassematerialien, wobei die Biomassenmaterialien aus PHAerzeugenden Pflanzen oder PHA-erzeugenden Mikroorganismen stammen. Die Verfahren sind auf die Gewinnung praktisch jedes beliebigen Typs von PHA-Polymer, das von Pflanzen oder mikrobiellen Organismen entweder natürlich oder nach einer Genmanipulation erzeugt wird, anwendbar.
PHA ist ein Polymer aus sich wiederholenden Einheiten mit der folgenden generellen Struktur:
wobei R₁ vorzugsweise ein H, Alkyl oder Alkenyl ist; p ist 0, 1, 2 oder 3, und n ist eine ganze Zahl. Das PHA kann vollständig aus einer sich wiederholenden monomeren Einheit bestehen und wird in diesem Fall als Homopolymer bezeichnet. Zum Beispiel hat das Polyhydroxybutyrat (PHB)-Homopolymer sich wiederholende monomere Einheiten, bei denen R₁ = C₁-Alkyl und p = 1. Copolymere enthalten dagegen zwei unterschiedliche Typen sich wiederholender monomerer Einheiten. Das Polyhydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat (PHBV)-Copolymer enthält einen Typ einer monomeren Einheit, bei der R₁ = C₁-Alkyl und p = 1, und einen zweiten Monomertyp, bei dem R₁ = C₂-Alkyl und p = 1. Ein weiteres interessantes Copolymer enthält 3-Hydroxybutyrat- und 4-Hydroxybutyrat-Einheiten (3HB4HB). Wenn drei unterschiedliche Typen sich wiederholender Einheiten vorliegen, wird das Polymer als Terpolymer bezeichnet.
Die hier offenbarten Verfahren sind auch auf die Gewinnung von PHA anwendbar, das zur Bereitstellung verbesserter oder günstiger Eigenschaften in einer Pflanze oder einem mikrobiellen Organismus modifiziert wurde. Insbesondere sind die Verfahren für die Extraktion und Gewinnung von PHAs nützlich, die so modifiziert wurden, dass sie hydroxyterminierte Endgruppen enthalten. Hydroxyterminierte PHAs sind für die Produktion von Pfropfpolymeren und -copolymeren, statistischen Polymeren und Copolymeren und Blockpolymeren und -copolymeren mit einzigartigen und verbesserten Eigenschaften nützlich.
Zu besonders bevorzugten PHA-Polymeren, die gemäß dieser Erfindung gewonnen werden sollen, gehören Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat) (PHBV)-Copolymere, Poly(3-hydroxybutyrat-co-4-hydroxybutyrat) (P3HB4HB)-Copolymere und hydroxyterminierte Polymere und Copolymere von Polyhydroxybutyrat (PHB-OH).
Die Erfindung ist auf die Gewinnung von PHA aus praktisch jedem beliebigen Pflanzentyp anwendbar. Die Pflanzen können Monokotylen oder Dikotylen sein. Zu geeigneten pflanzlichen Ausgangsmaterialien, aus denen PHA gewonnen werden kann, gehören Wurzeln, Stiele, Blätter, Blüten, Früchte, Samen etc. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Quelle des Biomaterials Maisstroh, Rutenhirse oder Zuckerrohr. Die Erfindung ist auch für die Gewinnung von PHA aus Ölsamen geeignet. Bei Ölsamenpflanzen wie Canola, Raps, Soja, Saflor und Sonnenblumen kann eine Genmanipulation bewirken, dass das PHA in den Samen der Nutzpflanzen biosynthetisiert wird. Zur Gewinnung des PHA-Polymers aus den Samen ist es erforderlich, das Polymer vom ebenfalls vorhanden Pflanzenöl und Ölsamenmehl abzutrennen. Die Samen werden typischerweise mittels herkömmlicher Verfahren bearbeitet. Zum Beispiel können sie zerkleinert und/oder von den Spelzen befreit werden und/oder das Öl und/oder das Protein kann vor der PHA-Extraktion extrahiert werden, wenn auch nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge. Das Ölsamenmehl, das von dem mit PHA angereicherten Lösemittel abgetrennt wird, kann weiterverarbeitet und als Tierfutter eingesetzt werden oder als Additiv für Tierfutter eingesetzt werden.
Es wurde gefunden, dass nichthalogenierte erste Lösemittel bezüglich des Lösens von PHAs wirksam sind, wenn die Extraktion unter Druck bei hohen Temperaturen erfolgt. Das ermöglicht die einfache und effiziente Gewinnung von PHA durch das Extrahieren des Polymers unter Druck bei einer Temperatur über dem Siedepunkt des ersten Lösemittels und das anschließende Ausfällen des PHA durch Reduzieren der Temperatur des mit PHA angereicherten Lösemittels. Typischerweise wird die Temperatur unter den Siedepunkt des ersten Lösemittels abgesenkt. Wenn es gewünscht ist, können die Farbe und die Qualität des gewonnenen PHA verbessert werden, zum Beispiel durch das Waschen des PHA vor dem Trocknen.
Ein Vorteil dieses Ansatzes betrifft die Leichtigkeit, mit der das PHA gewonnen werden kann. Beim Abkühlen der mit PHA angereicherten Lösemittelmischung bildet sich typischerweise ein Niederschlag, der leicht vom Lösemittel abgetrennt werden kann. Im Gegensatz dazu führen andere Lösemittelsysteme, die zur PHA-Extraktion eingesetzt werden, und die die nachfolgende Gewinnung des PHA durch eine Absenkung der Temperatur beinhalten, im Allgemeinen zu einem mit PHA angereichertem Lösemittel, das beim Abkühlen ein stabiles Gel bildet. Es sind dann weitere Schritte zur Isolierung des PHA-Polymers aus dem Gel erforderlich. Zum Beispiel werden die Gele häufig zu Flocken gepresst, und noch in den Flocken verbliebenes Lösemittel wird durch eine Verdampfung mit Wärme entfernt. Die optimale Verhinderung einer Gelbildung bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren kann vom Gehalt des Polymers (d.h. den Gewichtsprozenten), die im Lösemittel vorliegen, und in einem gewissen Umfang vom jeweils verwendeten Lösemittel abhängen. Durch eine Routineoptimierung lassen sich die gewünschten Bedingungen für eine bestimmte Kombination aus Polymer und Lösemittel leicht identifizieren.
Andere Ansätze zur Polymergewinnung erfordern den Einsatz von Fällungslösemitteln zur Ausfällung des PHA aus einem mit PHA angereicherten Lösemittel. Die vorliegende Erfindung ist insofern vorteilhaft, als sie Verfahren zur Gewinnung des PHA-Polymers ohne eine unerwünschte Gelbildung und ohne dass Fällungslösemittel erforderlich wären, bereitstellt, indem das PHA bei hohen Temperaturen unter Druck mittels der hier bereitgestellten Lösemittel extrahiert wird und anschließend das mit PHA angereicherte Lösemittel abgekühlt wird.
Zu geeigneten ersten und dritten Lösemitteln für den Einsatz in dieser Erfindung gehören R₁-OH-Alkohole und R₂-COOR₃-Ester, wobei R₁ = C₁-C₄, R₂ = H oder C₁-C₃ und R₃ = C₁-C₅, oder andere nichthalogenierte Lösemittel, die wenigstens 1 % (Gew./Vol.) (d.h. 1 g PHA in 100 ml Lösemittel) PHA bei Temperaturen unter ihren Siedepunkten lösen. Zu bevorzugten ersten und dritten Lösemitteln gehören Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und n-Butanol. Es kann ein einzelnes Lösemittel dieses Typs (d.h. ein erstes Lösemittel) oder eine Mischung solcher Lösemittel (d.h. eines ersten und eines dritten Lösemittels) eingesetzt werden. Nach der Gewinnung des PHA kann das Lösemittel bzw. können die Lösemittel rezyklisiert werden, gegebenenfalls nach einer Reinigung.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das PHA mit einer Lösemittelmischung gelöst, die ein erstes Lösemittel und ein zweites Lösemittel umfasst, und zwar bei einer Temperatur, die bezüglich der Auflösung des PHA wirksam ist, typischerweise bei einer Temperatur von über 80°C.
Ein zweites Lösemittel kann praktisch aus jedem beliebigen Lösemittel ausgewählt werden, das das PHA solubilisieren kann. Man weiß, dass eine 50:50-Mischung (in Vol.-%) eines ersten Lösemittels und eines zweiten Lösemittels wirksam ist, aber andere geeignete Verhältnisse können von einem Fachmann leicht bestimmt werden und sollen im Umfang dieser Erfindung mit eingeschlossen sein. Die Zugabe eines zweiten Lösemittels zum ersten Lösemittel hat den Vorteil, dass die Anforderungen bezüglich des Drucks zur Verhinderung des Siedens reduziert werden, dass aber trotzdem ein effektives Ausfällen des PHA-Polymers beim Abkühlen möglich ist.
Besonders nützlich als zweites (oder viertes) Lösemittel cyclische und acyclische (lineare und verzweigte) R'-OH-Alkohole, wobei R' = C₄-C₁₀, cyclische und acyclische R''-COOR'''-Ester, wobei R'' = H oder C₁-C₆ und R''' = C₁-C₇, cyclische und acyclische R''-COOR'''-Ester, wobei R'' = H oder C₁-C₆ und R''' = C₁-C₇ und wobei wenigstens ein Sauerstoff wenigstens einen Kohlenstoff in R'' oder R''' ersetzt, cyclische und acyclische R¹-CON-(R²)₂-Amide, wobei R¹ = H oder C₁-C₆ und R² = C₁-C₆, und cyclische und acyclische R³-CO-R⁴-Ketone, wobei R³ = C₁-C₆ und R⁴ = C₁-C₆
Das Folgende ist eine nicht als Einschränkung zu verstehende Aufzählung bevorzugter zweiter (und vierter) Lösemittel für den Einsatz in den erfindungsgemäßen Verfahren: Butylacetat, Isobutylacetat, Ethylacetat, Isoamylacetat, Benzylacetat, 2-Methoxyethylacetat, Tetrahydrofurfurylacetat, Methylpropionat, Propylpropionat, Butylpropionat, Pentylpropionat, Butylbutyrat, Isobutylisobutyrat, Ethylbutyrat, Ethylvalerat, Methylvalerat, Benzylbenzoat, Methylbenzoat, Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Isobutylalkohol, 1-Butanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol, 1-Pentanol, 3-Pentanol, Amylalkohol, Allylalkohol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Cyclohexanol, 2-Ethylhexanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, Furfurylalkohol, Benzylalkohol, 2-Furaldehyd, Methylisobutylketon, Methylethylketon, γ-Butyrolacton, Methyl-n-amylketon, 5-Methyl-2-hexanon, Ethylbenzol, 1,3-Dimethoxybenzol, Cumol, Benzaldehyd, 1,2-Propandiol, 1,2-Diaminopropan, Ethylenglycoldiethylether, 1,2,3-Trimethylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, 1-Nitropropan, Toluol-2,4-diisocyanat, Essigsäure, Acrylsäure, Essigsäureanhydrid, alpha-Methylstyrol, Acetophenon, Toluol, Ethylenglycoldiacetat, Dimethylsulfoxid und Propylencarbonat, Dimethylacetamid, Dimethylformamid oder Mischungen von diesen.
Es sollte beachtet werden, dass die Zusammensetzung und die Morphologie des PHA (Polarität, Vorliegen oder Fehlen einer Kristallinität etc.) Determinanten bezüglich der Löslichkeitseigenschaften des Polymers sind. Generell sind Polymere mit hoher Kristallinität schwerer löslich als solche mit geringer Kristallinität. Weiterhin kann auch die Vorgeschichte des Polymers bezüglich der Temperaturen die Löslichkeit beeinflussen. Wenn das PHA Seitenketten aufweist, steigt mit dem Ansteigen der Kettenlänge die Zahl der Methylengruppen im Polymer an, und damit ändert sich die Polarität des Polymers. Jedoch wird bei einer Veränderung der Länge der Seitenketten die Kristallinität des Polymers ebenfalls beeinflusst, was wiederum die Löslichkeitseigenschaften beeinflusst. Derartige Variable machen es schwierig, die Löslichkeit eines PHAs aus einfachen Kriterien, wie Ähnlichkeiten des chemischen Aufbaus oder der Übereinstimmung von Brechungsindizes, Dielektrizitätskonstanten oder Löslichkeitsparametern, genau vorherzusagen.
Die PHA-Konzentration in dem mit PHA angereicherten Lösemittel liegt typischerweise zwischen 1 und 40 % (Gew./Vol.).
Nach der Gewinnung des PHA kann irgendeines der Lösemittel oder können alle Lösemittel rezykliert werden, gegebenenfalls nach einer Reinigung.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
2,015 g einer Mischung, die 75 % trockenes Canolamehl und 25 % PHBV (10 % HV) enthielt, wurde in die Extraktionshülse eines Soxhlet-Extraktors gegeben, der dann so in eine Fisher-Porter (FP)-Flasche mit 20 ml Methanol gegeben wurde, dass die Extraktionshülse in der Flüssigkeit untergetaucht war. Die FP-Anordnung wurde in einem Ölbad erhitzt, und es wurden die Temperatur des Methanols und der Druck in der FP-Flasche gemessen. Unter Druck, wenn die Temperatur des Methanols ungefähr 121°C erreicht hatte, wurde die Extraktionshülse, die das ungelöste Mehl und das ungelöste PHA enthielt, so angehoben, dass er nicht länger mit dem Methanol in Kontakt stand, das das gelöste PHA enthielt. Die Polymerlösung wurde dann abgekühlt, um das PHA in Form eines Pulvers auszufällen, das durch Filtrieren gewonnen und auf dem Filter mit Wasser gewaschen und in einem Vakuumofen über Nacht bei 50°C getrocknet wurde. Die Farbe des gewonnenen PHA war gebrochen-weiß.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
4,008 g einer Mischung, die 75 % trockenes Canolamehl und 25 % PHBV (10 % HV) enthielt, wurde in die Extraktionshülse eines Soxhlet-Extraktors gegeben, der dann so in eine Fisher-Porter (FP)-Flasche mit 20 ml Methanol gegeben wurde, dass die Extraktionshülse in der Flüssigkeit untergetaucht war. Die FP-Anordnung wurde in einem Ölbad erhitzt, und es wurden die Temperatur des Methanols und der Druck in der FP-Flasche gemessen. Unter Druck, wenn die Temperatur des Methanols ungefähr 119°C erreicht hatte, wurde die Extraktionshülse, die das ungelöste Mehl und das ungelöste PHA enthielt, so angehoben, dass er nicht länger mit dem Methanol in Kontakt stand, das das gelöste PHA enthielt. Die Polymerlösung wurde dann abgekühlt, wobei die Polymerlösung ein Gel bildete. Dieses Material wurde unter Rühren mit 100 ml entionisiertem Wasser gewaschen. Das Polymer wurde durch Filtrieren gewonnen und im Vakuum über Nacht bei 50°C getrocknet. Das getrocknete Polymer hatte eine leicht bräunliche Farbe.
BEISPIEL 1
0,2 g PHBV (8 % HV) wurden in ein verschlossenes 8-Dram-Gefäß mit einer Mischung aus 5,0 ml 2-Methyl-1-butanol und 5,0 ml absolutem Ethanol gegeben. Diese Masse wurde bei 128°C erhitzt, bis sich das gesamte Polymer gelöst hatte. Das Gefäß wurde dann aus dem Abzug genommen und in eine Klammer über einem Magnetrührer gegeben. Der winzige Rührfisch im Gefäß wurde dann kräftig gerührt, während man sich das System an der Luft abkühlen ließ. Es setzte sich ein sauberer Niederschlag aus der Lösung ab, der dann abfiltriert, mit 4 × 0,7 ml Ethanol gewaschen und über Nacht im Vakuum getrocknet wurde. Die Ausbeute betrug 97,5 %.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
In einem weiteren Vergleichsbeispiel wurden 4,031 g einer Mischung, die 75 % trockenes Canolamehl und 25 % PHBV (10 % HV) enthielt, in die Extraktionshülse eines Soxhlet-Extraktors gegeben. Die Extraktionshülse wurde dann so in eine Fisher-Porter (FP)-Flasche mit einer Mischung aus 10 ml 2-Methyl-1-butanol 10 ml Methanol gegeben, dass die Extraktionshülse in der Flüssigkeit eingetaucht war, wobei sich die Oberseite der Extraktionshülse knapp über der Flüssigkeitsoberfläche befand. Die FP-Anordnung wurde in einem Ölbad erhitzt. Es wurden die Temperatur der Mischung und der Druck in der FP-Flasche gemessen. Unter Druck, wenn die Temperatur der Lösemittelmischung ungefähr 124°C erreicht hatte, wurde die Extraktionshülse so angehoben, dass sie nicht länger mit der Lösemittelmischung, die das gelöste PHA enthielt, in Kontakt stand. Die Polymerlösung wurde dann abgekühlt, und das Polymer bildete ein Gel. Dieses wurde filtriert, um so viel Lösemittel wie möglich zu entfernen. Das Polymer wurde dann gewaschen, indem Wasser durch den Filterkuchen und das Filtermedium geleitet wurde, und in einem Vakuumofen über Nacht bei 50°C getrocknet. Die Farbe des gewonnene PHA war hellbraun.
Alle hier offenbarten und beanspruchten Verfahren können im Lichte der vorliegenden Offenbarung ohne übermäßiges Experimentieren durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Gewinnung von PHA aus Biomasse, das umfasst: Bereitstellen von Biomasse, die ein PHA enthält, Lösen des PHA mit einer Lösemittelmischung, wobei diese Mischung wenigstens ein erstes nichthalogeniertes Lösemittel umfasst, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels weniger als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst, und wenigstens ein zweites Lösemittel, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels mehr als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst, wodurch ein mit PHA angereichertes Lösemittel und ein übrig bleibendes Biomassematerial erzeugt werden, Abtrennen des übrig gebliebenen Biomassematerials von dem mit PHA angereicherten Lösemittel, Vermindern der Temperatur des mit PHA angereicherten Lösemittels, um das PHA auszufällen, und Gewinnen des ausgefällten PHA-Polymers.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Lösen unter Druck und bei einer Temperatur über dem Siedepunkt des Lösemittels erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen und verzweigten R₁-OH-Alkoholen und R₂-COOR₃-Estern besteht, wobei R₁ = C₁-C₄, R₂ = H, C₁, C₂ oder C₃, und R₃ = C₁-C₅.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und n-Butanol besteht.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lösemittelmischung ferner wenigstens ein drittes Lösemittel umfasst, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels weniger als 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus cyclischen und acyclischen R'-OH-Alkoholen, wobei R' = C₄-C₁₀, cyclischen und acyclischen R''-COOR'''-Estern, wobei R'' = H oder C₁-C₆ und R''' = C₁-C₇, cyclischen und acyclischen R''-COOR'''-Estern, wobei R'' = H oder C₁-C₆ und R''' = C₁-C₇ und wobei wenigstens ein Sauerstoff wenigstens einen Kohlenstoff in R'' oder R''' ersetzt, cyclischen und acyclischen R¹-CON-(R²)₂-Amiden, wobei R¹ = H oder C₁-C₆ und R² = C₁-C₆, cyclischen und acyclischen R³-CO-R⁴-Ketonen, wobei R³ = C₁-C₆ und R⁴ = C₁-C₆, Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Allylalkohol, Tetrahydrofurfurylalkohol, Furfurylalkohol, γ-Butyrolacton, Ethylbenzol, 1,3-Dimethoxybenzol, Cumol, Benzaldehyd, 2-Furaldehyd, 1,2-Propandiol, 1,2-Diaminopropan, Ethylenglycoldiethylether, 1,2,3-Trimethylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, 1-Nitropropan, Toluol-2,4-diisocyanat, Essigsäure, Acrylsäure, Essigsäureanhydrid, alpha-Methylstyrol, Toluol, Ethylenglycoldiacetat, Dimethylsulfoxid und Propylencarbonat.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Butylacetat, Isobutylacetat, Ethylacetat, Isoamylacetat, Benzylacetat, 2-Methoxyethylacetat, Tetrahydrofurfurylacetat, Methylpropionat, Propylpropionat, Butylpropionat, Pentylpropionat, Butylbutyrat, Isobutylisobutyrat, Ethylbutyrat, Ethylvalerat, Methylvalerat, Benzylbenzoat, Methylbenzoat, Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Isobutylalkohol, 1-Butanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol, 1-Pentanol, 3-Pentanol, Amylalkohol, Allylalkohol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Cyclohexanol, 2-Ethylhexanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, Furfurylalkohol, Benzylalkohol, 2-Furaldehyd, Methylisobutylketon, Methylethylketon, γ-Butyrolacton, Methyl-n-amylketon, 5-Methyl-2-hexanon, Ethylbenzol, 1,3-Dimethoxybenzol, Cumol, Benzaldehyd, 1,2-Propandiol, 1,2-Diaminopropan, Ethylenglycoldiethylether, 1,2,3-Trimethylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, 1-Nitropropan, Toluol-2,4-diisocyanat, Essigsäure, Acrylsäure, Essigsäureanhydrid, alpha-Methylstyrol, Acetophenon, Toluol, Ethylenglycoldiacetat, Dimethylsulfoxid und Propylencarbonat, Dimethylacetamid, Dimethylformamid oder Mischungen von diesen.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lösemittelmischung ferner wenigstens ein viertes Lösemittel umfasst, das bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des Lösemittels mehr 1 % (Gew./Vol.) des PHA löst.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das PHA aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Poly[hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat], Poly[3-hydroxybutyrat-co-4-hydroxybutyrat] und hydroxyterminierten Polymeren und Copolymeren von Polyhydroxybutyrat besteht.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biomasse ein PHA-erzeugender Mikroorganismus ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Biomasse von Planzenstengeln, -blättern, -bluten, -fruchten, -samen und -wurzeln stammt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei es sich bei der Biomasse um Maisstroh, Rutenhirse oder Zuckerrohr handelt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei es sich bei der Biomasse um ölhaltige Samen von Canola, Raps, Saflor, Soja oder Sonnenblume handelt und wobei das Öl des Samens vor dem Schritt des Lösens des PHA mittels herkömmlicher Verfahren extrahiert wird, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Zerkleinern, einem Schälen und dem Extrahieren der Proteine besteht.