由微生物生物質(zhì)生產(chǎn)脂肪酸酯的直接方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)要求2013年6月25日提交的待審美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)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(lèi)具有產(chǎn)生脂類(lèi)的能力。在由脂類(lèi)生產(chǎn)用作生物 柴油的脂肪酸酯的典型方法中，脂類(lèi)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(lèi)酯交換為脂肪酸酯。
[0004] 脂類(lèi)構(gòu)成一大類(lèi)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(lèi)等。脂類(lèi)的主要生物功能包括能量?jī)?chǔ)存、作為 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)組分和作為重要的信號(hào)分子。脂類(lèi)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(lèi)生產(chǎn)能力的微生物細(xì)胞中提取脂類(lèi)的各種方法。為了從源材料釋放脂類(lèi)， 可能有必要在脂類(lèi)提取之前破壞細(xì)胞壁。破壞可以通過(guò)物理、酶促和/或化學(xué)進(jìn)行。優(yōu)選 地，細(xì)胞破壞通過(guò)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(zhǎng)的時(shí)間來(lái)回收足夠量的脂類(lèi)，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(kāi)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(guò)的原位或直接 酯交換方法。
[0007] 在一個(gè)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(gè)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(guò)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(gè)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(gè)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(lèi)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(gè)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(duì)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?cè)诒景l(fā)明精神內(nèi)。
【附圖說(shuō)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(guò)使用α -羥基磺酸，可使微生物生物質(zhì)通過(guò)如下過(guò)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(guò)在高壓下均化不會(huì)形成乳液。
[0015] 在微生物細(xì)胞中包含脂類(lèi)的微生物如微生物生物質(zhì)可以通過(guò)本發(fā)明方法處理。微 生物生物質(zhì)可通過(guò)光合作用或通過(guò)發(fā)酵生長(zhǎng)。微生物生物質(zhì)可以包括如微藻類(lèi)、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(guò)如下過(guò) 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(guò)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(gè)碳原子。
[0038] 通過(guò)組合有機(jī)羰基化合物、S02和水來(lái)制備α -羥基磺酸為一般反應(yīng)和對(duì)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(bào)道加合 物的含水溶液與NaCl反應(yīng)釋放出更弱的酸HC1 (參見(jiàn)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(shuō)，當(dāng)加熱的時(shí)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(kāi)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(guò)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