DE69621342T2

DE69621342T2 - Vereinfachte loesungsmittelextraktion von polyhydroxyalkanoaten aus biomasse durch verwendung eines marginalen nichtloesungsmittels fuer pha

Info

Publication number: DE69621342T2
Application number: DE69621342T
Authority: DE
Inventors: Isao Noda
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2016-08-17
Also published as: ATE217908T1; DE69621342D1; EP0846184B1; PT846184E; CN1069345C; HUP9901587A2; JP2000516801A; CA2230049C; CN1194008A; MX9801381A; BR9610256A; NO980701D0; HU222563B1; DK0846184T3; CA2230049A1; KR100262358B1; CZ51498A3; CZ295187B6; EP0846184A1; RU2196177C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Extrahieren spezieller Bestandteile aus anderen Biomassebestandteilen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Extraktion eines Polyhydroxyalkanoats aus einem biologischen System, wie einer Pflanze oder Bakterien, durch Ausführen der Extraktion mit einem Lösungsmittel; dabei wird das Extraktionsverfahren durch die Verwendung eines marginalen Nicht-Lösungsmittels für PHA erleichtert.

HINTERGRUND

Handelsübliche Polymere werden typischerweise aus petrochemischen Rohstoffen durch gut bekannte synthetische Verfahren erzeugt. Neue Fortschritte in der Technologie haben jedoch zu der Aussicht auf neue Quellen von handelsüblichen Polymeren geführt. Insbesondere aussichtsreich ist die Herstellung von Kunststoffharzen unter Verwendung lebender Organismen (Biokunststoff) einschließlich gentisch veränderter Bakterien und Fruchtpflanzen, die bestimmt sind Polymere zu erzeugen, wie Polyhydroxyelkanoat (PHA); eine Zahl von Bakterien, die PHA natürlich produzieren, sind auch aussichtsreiche Quellen für PHA (siehe z. B. Poirier, Y., D. E. Dennis; K. Klomtarens und C. Somerville, "Polyhydroxybutyrete, a biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants", Science, 2 6. pp. 520-523 (1992); World Patent Application Publication No 95/05472, veröffentlicht 23. Feber 1995; und World Patent Application Publication No. 93/02187, veröffentlicht 4. Feber 1993; Novel Biodegradable Miorobial Polymers, E. A. Dawes, ed., NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences - Vol. 186, Kluwer Academic Publishers (1990)). Bei einer Produktion in großem Maßstab, z. B. landwirtschaftlicher Produktion, ist das Ernten und Reinigen eines derartigen Biokunststoffs von dem Biomassenabfall eine kritische Stufe für das Bestimmen der praktischen Ausführbarkeit einer solchen Technologie.
Das Abtrennen von polymeren Lipiden, wie PHA, aus einer biologischen Quelle in großem Maßstab, wie einer landwirtschaftlichen Pflanze, ist keine einfache Aufgabe. Die herkömmlichen Abtrennverfahren, die bei der Extraktion von Lipiden mit niedrigem Molekulargewicht überwiegend verwendet werden, sind für ein Abtrennverfahren eines Harzes praktisch nicht anwendbar. Zum Beispiel ist eine einfache mechanische Presse unpraktisch, da anders als beim Abtrennen von Pflanzenölen aus Ölsamen, feste Kunststoffe aus den Früchten durch mechanisches Pressen nicht ausgepresst werden können.
Das Abtrennen von PHA durch Sedimentationsverfahren sollte im Prinzip möglich sein. Jedoch ist das einfache Schwerkraft (1-G Kraft)- Absetzen in einem flüssigen, marginalen Nicht-Lösungsmittel für PHA tatsächlich ganz unpraktisch. Die Absetzrate ist ausserordentlich langsam. Zusätzlich wird ein derartiges langsames Absetzen leicht durch die Brown'sche Bewegung der feinen PHA-Teilchen, die durch die thermische Fluktuation der suspendierenden Fluidmoleküle, welche die Teilchen umgeben, induziert wird, unterbrochen. Überdies führt die lange Zeitdauer, die benötigt wird, um sehr feine PHA-Teilchen abzusetzen, zu dem Problem der Kontamination mit Bakterien und einem nachfolgenden Bioabbau der Teilchensuspension.
Auch bekannte Lösungsmittel-Extraktionsverfahren sind für eine Abtrennung von PHA aus Biomasse in großem Maßstand begrenzt. Ein allgemein verwendetes Lösungsmittel für die Extraktion von PHA aus Bakterien ist Chloroform. Für die Verwendung werden auch andere halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan, Diochlorethan und Chlorpropan (vgl. z. B. U.S. Patent 4,562,245, Stageman, ausgegeben 31. Dezember 1995; U.S. Patent 4,324,907, Senior, Wright und Alderson, ausgegeben 13. April 1982; U.S. Patent 4,310,684, Vanlautem und Gilain, ausgegeben 12. Jänner 1982; U.S. Patent 4,705,604, Vanlautem und Gilain, ausgegeben 10. November 1987; Europäische Patentanmeldung 036 699, Holmes und Wright, veröffentlicht 3. September 1981; und deutsche Patentanmeldung 239 609, Schmidt, Schmiechen, Rehm und Trennert, veröffentlicht 10. Jänner 1986) beschrieben. Beim Abtrennverfahren des Lösungsmittels bildet die konzentrierte PHA-Lösung oft ein sehr hochviskoses Fluid und manchmal sogar ein Gel; das außerordentlich schwierig weiterzubehandeln ist. Überdies sind solche Lösungsmittel potenziell gesundheitsgefährdend und umweltschädlich, wenn sie nicht zur Gänze aus dem PHA entfernt werden. Demzufolge wäre die Verwendung großer Mengen solcher Lösungsmittel, die zur Bildung von hochviskosen Lösungen oder Gelen führen, insbesondere in der Nähe des Ernteplatzes, unerwünscht.
Alternative Verfahren zum Extrahieren von PHA aus Biomasse sind in der EP-A-0 473 043 und der EP-A-0 124 309 vorgeschlagen.
Basierend auf dem Vorstehenden gibt es einen Bedarf für ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Gewinnen von Biokunststoffen aus biologischen Quellen in großem Maßstab. Ein solches Verfahren wäre vorzugsweise leicht anpassbar auf die Verwendung bei der üblichen Fermentations-basierten Produktion von bakteriellen PHA. Ein solches Verfahren wäre auch leicht anpassbar als ein integrierender Bestandteil der landwirtschaftlichen Produktion von verwandten Erzeugnissen, z. B. Öl und Schrotmehl, im Falle von Ölsaaten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Gewinnen von Biokunststoffen aus einer Biomasse zur Verfügung zu stellen.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch das Lesen der vorliegenden Offenbarung mit den angeschlossenen Ansprüchen offensichtlich.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtrennen von Polyhydroxyalkanoat (PHA) aus einer Biomasse, die das PHA enthält, wobei das Verfahren umfasst: a) Behandeln der Biomasse mit einem PHA-Lösungsmittel und einem marginalen Nicht-Lösungsmittel für PHA; b) Entfernen allfälliger unlöslicher Biomasse, wodurch eine Lösung von PHA und marginalem Nicht-Lösungsmittel für PHA zurückbleibt; und c) Entfernen des PHA-Lösungsmittels aus der Lösung, wodurch sich eine Suspension von ausgefälltem PHA in dem marginalen Nicht-Lösungsmittel für PHA ergibt. Gegebenenfalls umfasst das Verfahren weiters das Entfernen des marginalen Nicht-Lösungsmittels für PHA, wodurch PHA zurückbleibt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiters auf die Suspension und das PHA, das durch das Verfahren hergestellt wird.
Ein solches Verfahren genügt dem Erfordernis für ein vergleichsweise einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Gewinnen von Biokunststoffen aus einer biologischen Quelle in grossem Maßstab.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Schema einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein marginales Nicht-Lösungsmittel für PHA aus einer äußeren Quelle zugegeben (und später entfernt) wird, um die Extraktion von PHA zu erleichtern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Das Folgende ist eine Liste von Definitionen von Begriffen, die hier verwendet werden.
"Alkan" bedeutet einen gesättigten Kohlenwasserstoff mit der allgemeinen Formel CnH2n+2; wobei n vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 20 ist; insbesondere ist n von etwa 6 bis etwa 16.
"Alkenyl" bedeutet eine kohlenwassestoffhaltige Kette, vorzugsweise von etwa C&sub2; bis etwa C&sub2;&sub4;, bevorzugter von etwa C&sub2; bis etwa C&sub1;&sub9;; die gerade, verzweigt oder zyklisch, vorzugsweise gerade oder verzweigt, noch bevorzugter gerade ist; substituiert (mono- oder poly-) oder unsubstituiert ist; und einfach ungesättigt (d. h. eine Doppel- oder Dreifachbindung in der Kette) oder mehrfach ungesättigt (d. h. zwei oder mehr Doppelbindungen in der Kette, zwei oder mehr Dreifachbindungen in der Kette oder eine oder mehrere Doppelbindungen und eine oder mehrere Dreifachbindungen in der Kette), vorzusgweise einfach ungesättigt ist.
"Alkyl" bedeutet eine Kohlenstoff-Kette, vorzugsweise von etwa C&sub1; bis etwa C&sub2;&sub4;, bevorzugter von etwa C&sub1; bis etwa C&sub1;&sub9;; die gerade, verzweigt oder zyklisch, vorzugsweise gerade oder verzweigt sein kann, bevorzugter gerade ist; substituiert (mono- oder poly-) oder unsubstituiert ist; und gesättigt ist.
"Enthaltend" bedeutet, dass andere Stufen oder andere Bestandteile, die das Endergebnis nicht beeinflussen, zugegeben sein können. Dieser Begriff umfasst die Begriffe "bestehend aus" und "im wesentlichen bestehend aus".
"Extrahieren von Polyhydroxyalkanoat aus einer Biomasse" bezieht sich zusätzlich zu der Extraktion des besonderen PHA, das durch eine Biomasse, die ein einzelnes PHA produziert, produziert wird, auch auf die Extraktion einer oder mehrerer Arten von PHA, wenn die Biomasse mehr als eine Art von PHA produziert.
"Polyhydroxyalcanoat" und "PHA" bedeuten ein Polymer, das die folgende, sich wiederholende Einheit enthält:
worin R vorzugsweise H, Alkyl oder Alkenyl ist; und m von etwa 1 bis etwa 4 ist. Die Begriffe Polyhydroxyalkanoat und PHA umfassen Polymere, die eine oder mehrere unterschiedliche, sich wiederholende Einheiten enthalten.
PHAs, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung extrahierbar sind, haben vorzugsweise eine Schmelztemperatur ("Tm") von etwa 80ºC oder darüber. Vorzugsweise enthalten solche PHAs wenigstens zwei sich willkürlich wiederholende, monomere Einheiten, wobei die erste sich willkürlich wiederholende, monomere Einheit die Struktur
hat, worin R¹ = Wasserstoff oder C&sub1; bis C&sub2; Alkyl ist; und worin n 1 oder 2 ist; wobei die zweite sich willkürlich wiederholende, monomere Einheit die Struktur
hat, worin R² C&sub3; bis C&sub1;&sub9; Alkyl oder C&sub3; bis C&sub1;&sub9; Alkenyl ist; und worin wenigstens 50% der sich willkürlich wiederholenden, monomeren Einheiten die Struktur der ersten sich willkürlich wiederholenden, monomeren Einheit haben. Bevorzugter umfassen Beispiele von hochkristallinen PHAs, die durch das vorliegende Verfahren extrahierbar sind, die in der U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/23788, Noda, eingereicht 6. Juni 1995; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20614, Noda, eingereicht 13. April 1995; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20614, Noda, eingereicht 5. Juni 1995; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20614, Noda, eingereicht 6. Juni 1995; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20621, Noda, eingereicht 28. Jänner 1994; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20621, Noda, eingereicht 6. Juni 1995; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20615, Noda, eingereicht 7. Juni 1995; U.S. Patent Veröffentlichung Nr. WO 95/20615, Noda, eingereicht 6. Juni 1995; und U.S. Patent 5,292,860, Shiotani und Kobayashi, ausgegeben 8. März 1994 geoffenbart sind.
"Lösungsmittel" bedeutet eine Substanz, die in der Lage ist, eine andere Substanz (Gelöstes) aufzulösen, um eine einheitlich verteilte Mischung (Lösung) im Molekül- oder Ionengröße-Bereich bilden.
"Nicht-Lösungsmittel" bedeutet eine Substanz, die nicht in der Lage ist, eine andere Substanz merklich aufzulösen.
"Marginales Nicht-Lösungsmittel" bedeutet eine Substanz, die für sich ein Nicht-Lösungsmittel ist, die jedoch, wenn sie mit einem Lösungsmittel gemischt wird, befähigt wird, Gelöstes aufzulösen.
"Fällmittel" bedeutet eine Substanz, die in der Lage ist, das Ausfällen einer anderen Substanz auszulösen und/oder die Lösungskraft eines Lösungsmittels zu schwächen. Obwohl ein Fällmittel auch als Nicht- Lösungsmittel angesehen wird, ist ein Nicht-Lösungsmittel nicht immer ein Fällmittel. Z. B. sind Methanol und Hexan Fällmittel für PHA und Nicht-Lösungsmittel für PHA, aber nicht ein sehr wirksames Fällmittel für PHA; dagegen ist Öl ein Nicht-Lösungsmittel für PHA, aber ein nicht sehr wirksames Fällmittel für PHA (obwohl bei ausserordentlich hoher Konzentrationen Öl dazu führen wird, dass PHA aus der Lösung ausfällt).
Alle Prozentangaben sind Mol-% der Gesamtzusammensetzung, wenn nicht im Einzelnen etwas anderes angegeben wird.
Alle Verhältnisse sind Gewichtsverhältnisse, wenn nicht im Einzelnen etwas anderes angegeben wird.
Die vorliegende Erfindung wird hinsichtlich ihrer Produkt- und Verfahrens-Aspekte wie folgt im Detail beschrieben.

Biomasse

Quellen, aus den PHA durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung extrahiert wird, schließen ein einzellige Organismen, wie Bakterien oder Pilze, und höhere Organismen, wie Pflanzen (im vorliegenden gemeinsam als Biomasse bezeichnet). Obwohl solche Biomasse natürlich vorkommende Organismen sein könnten, sind sie bevorzugt genetisch veränderte Spezies, die für die Produktion eines besonderen PHA, das für den Züchter von Interesse ist, bestimmt sind. Solche genetisch veränderten Organismen werden durch Einführen der genetischen Information hergestellt, die notwendig ist, um eine oder mehrere Arten von PHA zu erzeugen. Typischerweise wird eine solche genetische Information aus Bakterien, die PHA natürlich produzieren, gewonnen.
Pflanzen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, schließen ein irgendwelche genetisch veränderten Pflanzen, die bestimmt sind, PHA zu erzeugen. Bevorzugte Pflanzen schließen ein landwirtschaftliche Pflanzen, wie Getreidekörner, Ölsaaten und Knollenpflanzen; insbesondere Avocado, Gerste, Bete, Puffbohne, Buchweizen, Karotte, Kokosnuss, Kopra, Getreide (Mais), Baumwollsamen, Kürbis, Linsen, Lima Bohne, Hirse, Mungo Bohne, Hafer, Ölpalme, Erbse, Erdnüsse, Kartoffel, Kürbis, Rapssamen (Z. B. Canola), Reis, Sorghum, Sojabohne, Zuckerrübe, Zuckerrohr, Sonnenblume, Süßkartoffel, Tabak, Weizen und Yamswurzel. Solche genetisch veränderten fruchttragenden Pflanzen, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Apfel, Marille, Banane, Warzenmelone, Kirschen, Trauben, Goldorange (Kumquat), Zitrone, Limonelle, Orange, Papaya, Pfirsich, Birnen, Ananas, Mandarinen, Paradeiser und Wassermelone. Vorzugsweise werden die Pflanzen genetisch verändert, um PHA zu produzieren nach den Verfahren geoffenbart in Poirier, Y., D. E. Dennis, K. Klomparens und C. Somerville, "Polyhydroxybutyrate, a biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants", Science, Vo. 256, pp. 520-523 (1992); World Patent Application Publication No. 95/05472, Somerville, et al., veröffentlicht 23. Feber 1995; und World Patent Application No. 93/02187, Somerville, et al., veröffentlicht 4. Feber 1993. Besonders bevorzugte Pflanzen sind Sojabohne, Kartoffel, Getreide und Kokosnusspflanzen, die zur Herstellung von PHA genetisch verändert worden sind; bevorzugter Sojabohne.
bevorzugt Aceton, Butylacetat, Ethylacetat, Methylacetat oder Mischungen derselben; bevorzugter Aceton oder Ethylacetat; noch bevorzugter Aceton.
Vorzugsweise wird das PHA Lösungsmittel in dem Verfahren bei einer erhöhten Temperatur angewendet, da sich die Auflösungsgeschwindigkeit von PHA in dem PHA Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen als erheblich schneller herausgestellt hat. Obwohl die Extraktion von PHA zwischen etwa 20ºC und dem Schmelzpunkt von PHA ausgeführt werden kann; bevorzugter zwischen etwa 20ºC und etwa 80ºC, noch bevorzugter zwischen 45ºC und dem Siedepunkt des PHA Lösungsmittels, und noch bevorzugter von etwa 50ºC bis etwa 60ºC.
Vorzugsweise wird die feste Masse, die das PHA enthält, während der Extraktion mit dem PHA Lösungsmittel gerührt, da auch dies die Auflösungsgeschwindigkeit von PHA beschleunigt.
Das Abtrennen des PHA Lösungsmittels aus einer Lösung enthaltend PHA ergibt das eventuelle Ausfällen von PHA als kristalline Feststoffe. Beim Verfahren des Abtrennens des Lösungsmittels bildet jedoch die konzentrierte PHA Lösung oft eine sehr hoch viskose Flüssigkeit oder manchmal sogar ein Gel, das sehr schwierig zu bearbeiten sein kann. Wenn die Lösung ein marginales Nicht-Lösungsmittel für PHA enthält, das relativ nicht-flüchtig ist, wird das PHA nach dem Entfernen des PHA Lösungsmittels ausfallen und in dem marginalen Nicht-Lösungsmittel für PHA eine Suspension bilden.
Die vorliegende Erfindung wird in schematischer Form in Fig. 1 beispielsweise dargestellt. Dieses Verfahren erlaubt es, die Vorteile eines marginalen Nicht-Lösungsmittels für PHA (z. B. Öl) für das Ausfällen von PHA erzielen, selbst wenn das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA in der anfänglichen Biomasse (z. B. Nicht-Ölsaaten-Biomasse oder Bakterien) nicht vorhanden ist. Das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA wirkt durch Verhindern des Aufbauens exzessiver Viskosität oder Gelbildung während des Abtrennens des PHA Lösungsmittels aus der Biomasse als eine Prozesshilfe.
Das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA darf die Lösekraft des Lösungsmittels für PHA nicht signifikant stören, da es während des Extraktionsverfahrens mit dem Lösungsmittel für PHA gemischt wird. Für sich sollte das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA PHA nicht nennenswert lösen, da ein Auflösen des PPA die Suspension von PHA als diskrete Teilchen ausschließen würde. Vorzugsweise ist das marginale Nicht-Lösungemittel für PHA weniger flüchtig (d. h. es hat einen niadrigeren Siedepunkt) als das Lösungsmittel für PHA. Eine derartige geringere Flüchtigkeit ergibt eine einfachere und sauberere Abtrennung des Lösungsmittels für PHA. Vorzugsweise ist der Siedepunkt des marginalen Nicht-Lösungsmittels für PHA wenigstens etwa 5ºC höher als der des Lösungsmittels für PHA; bevorzugter wenigstens etwa 10ºC höher, bevorzugter wenigstens etwa 20ºC höher, noch bevorzugter wenigstens etwa 40ºC höher.
Vorzugsweise ist das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA ein C&sub3;- C&sub2;&sub0; Alkohol, ein C&sub1;-C&sub2;&sub0; Alkan, ein Fett, ein neutrales Lipid, ein Öl, Wasser oder Mischungen derselben.
Bevorzugte Alkane schließen ein Dekan, Dodekan, Hexadekan und Oktadekan.
Bevorzugte Alkohole schließen ein Hexanol, Laurylalkohol, Oktanol, Oleylalkohol und Stearylalkohol.
Bevorzugte Fette schließen ein Talg, Fett und Wachs.
Bevorzugte neutrale Lipide schließen ein Mono-, Di- und Triglyceride von Oleinsäure, Inoleinsäure und Linelinsäure, Laurylsäure, Stearinsäure und Palmitinsäure.
Bevorzugte Öle schließen ein Mineralöle und Pflanzenöle (Sojabohnen, Canola und dgl.).
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben viele überraschende Vorteile einschließlich des Vermeidens der Bildung eines hochviskosen Fluids oder eines Gels von PHA, die anders sehr schwer zu verarbeiten sein können. Dies wird erreicht durch Ausführen der Extraktion von PHA in Gegenwart eines marginalen Nicht- Lösungsmittels für PHA. Das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA kann anfangs als mischbares Co-Lösungsmittel dienen, um die Extraktion von PHA zu fördern. Jedoch wird das marginale Nicht-Lösungsmittel für PHA nach dem. Entfernen des relativ flüchtigen Lösungsmittels für PHA ein wirksames Suspensionsmedium für das ausfallende PHA (als diskrete Teilchen) zu Folge seiner begrenzten Lösungskraft für PHA werden. Verglichen mit einer konzentrierten Lösung hat eine Suspension von Polymerfeststoffen in einem fluiden Nicht-Lösungsmittel typischerweise eine viel kleinere Viskosität und besitzt so eine bessere Verarbeitbarkeit. Das Ausschalten des ernsten Problems der Gelbildung, die beim Abtrennen des Lösungsmittels aus einer konzentrierten Polymerlösung oft auftritt, ist ein nicht erwarteter und signifikanter Vorteil der Erfindung.
Ein anderer, überraschender Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist seine Fähigkeit, Suspensionen von PHA zu erzeugen, die beispielsweise als Seschichtungen, als Bindemittel, als Zusatzstoffe für Farben, Nahrungsmittel und Klebstoffe ebenso dienen können; wie als Träger für Farbstoffe, Pigmente, Biowirkstoffe und Parfums.
Ein zusätzlicher überraschender Vorteil wird in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung gefunden, welche die Fähigkeit haben, kristallines PHA mit hoher Schmelztemperatur (etwa 80ºC oder höher) zu extrahieren, ohnen dass Halogene enthaltende Lösungsmittel verwendet werden. Die relativ umweltfreundlichen Lösungsmittel für PHA, die in solchen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, wie Aceton und Ethylacetat, sind billig, sicher und leicht verfügbar, selbst aus erneuerbaren Quellen. Solche Lösungsmittel für PHA werden auch als weit weniger umweltschädlich angesehen, insbesondere für die Ozonschicht der Erde, verglichen mit Halogen enthaltenden Verbindungen, die typischerweise für die Extraktion von PHAs aus Bakterien verwendet werden.
Zusätzlich ist das Auffinden der Nützlichkeit bestimmter Substanzen, die hier verwendet werden, die bislang unbekannt waren, als nützliche Lösungsmittel für kristalline Polymere mit relativ hohen Schmelztemperaturen keine triviale Aufgabe. Anders als bei den meisten Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht und nicht kristallisierbarem amorphen Polymeren kann die Löslichkeit von kristallinen Polymeren nicht aufgrund der üblicherweise herangezogenen einfachen Kriterien, wie die Ähnlichkeit der chemischen Architektur oder Übereinstimmung von Brechungsindices, dielektrischen Konstanten oder Löslichkeitsparametern, vorhergesagt werden. Ein gutes Beispiel für das Unvermögen, die Löslichkeit kristalliner Polymere vorherzusagen, ist die gut bekannte Unlöslichkeit von linearem Polyethylen in Hexan, wo beide Verbindungen aus identischen, sich wiederholenden Kohlenwasserstoffeinheiten bestehen. In ähnlicher Weise sind kristalline, aliphatische Polyester, wie isotaktisches Poly(3-hydroxybutyrat) und Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat) in Ethylacetat oder Aceton nicht nennenswert löslich, obwohl die chemischen Strukturen dieser Verbindungen eine gewisse molekulare Affinität unterstellen. So ist die zufällige Entdeckung, dass kristallines PHA, das eine geringe Menge von mittelgroßen Verzweigungen enthält, in solchen Lösungsmitteln leicht aufgelöst werden kann, tatsächlich überraschend.
Die folgenden Beispiele beschreiben weiter und demonstrieren bevorzugte Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele sind lediglich zur Erläuterung gegeben und sollen nicht als Beschränkungen der vorliegenden Erfindung herangezogen werden, da viele Variationen derselben möglich sind, ohne ihren Geist und Rahmen zu verlassen.

Beispiel 1

Extraktion von PHA aus Aeromonas cavie

Die folgende Verfahrensweise verbessert das Verfahren zum Abtrennen von PHA aus Aeromonas cavie, wie es in dem U.S. Patent 5,292,860, Shiotani und Kobayashi, ausgegeben 8. März 1994, erläutert ist. Eine Fermentationscharge von Aeromonas cavie wird zentrifugiert, mit Wasser und Methanol gewaschen und vakuumgetrocknet, um 120 g trockener Zellen zu ergeben. Die Biomasse aus trockenen Zellen wird dann für 5 Stunden bei 50ºC in einem geschlossenen Behälter mit einer Mischung aus 800 ml Chloroform und 200 ml Dodekan gegeben. Die unlösliche feste Biomasse wird dann abgetrennt, indem ein Drahtgitterfilter verwendet wird. Chloroform wird dann unter vermindertem Druck bei 50ºC aus der Lösungsmischung abgetrennt und für die weitere Verwendung in einem wassergekühlteil Kondensator gesammelt. Das Entfernen von Chloroform ergibt die Bildung einer Suspension enthaltend feste Flocken von Poly(3-hydroxybutyrat-co- 3-hydroxyhexanoat), die in dem zurückbleibenden Dodekan dispergiert ist. Die Flocken werden aus dem Dodekan abgetrennt, indem ein Feingitterfilter verwendet wird, rasch mit dem gekühlten Chloroform gewaschen und getrocknet, um 7 g Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyhexanoat) zu ergeben.

Beispiel 2

Extraktion von PHA aus Alcaligenes eutrophus

Die folgende Verfahrensweise verbessert das Verfahren zum Abtrennen von PHA aus Alcaligenes eutrophus, wie es in dem U.S. Patent 4,562,245, Stageman, ausgegeben 31. Dezember 1985, erläutert ist. Sprühgetrocknete Alcaligenes eutrophus-Zellen enthaltend Poly(3-hydroxybutyrat-co-3- hydroxyvalerat) werden in Methanol 15 Minuten lang bei Atmosphärendruck rückflussgekocht, um lösliche Lipide zu entfernen. Die Zellen werden auf einer Tasse bei 30ºC in einem Kanal mit Luftumwälzung getrocknet. 10 g getrockneter Zellen werden in einer Mischung aus 250 ml Chloroform und 50 ml Hexadekan unter Atmosphärendruck 30 Minuten lang rückflussgekocht, um Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat) zu extrahieren. Die sich ergebenden Aufschlämmungen werden filtriert, um Zellreste zu entfernen. Das Chloroform wird dann unter vermindertem Druck aus der Extraktionslösung abgetrennt, wobei Suspensionen von harten, festen Flocken von Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat) zurückbleiben, die in Hexadekan dispergiert sind. Die Flocken werden dann durch Abziehen des Hexadekan gesammelt, um 6,2 g Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat) zu ergeben.

Beispiel 3

Extraktion von PHA aus Pseudomonas cepacia

Die folgende Verfahrensweise verbessert das Verfahren zum Abtrennen von PHA aus Pseudomonas cepacia, wie es in der WO 92/18553, veröffentlicht 29. Oktober 1992, beschrieben ist. Pseudomonas cepacia-Zellen enthaltend ein Copolymer, das hauptsächlich aus 3-Hydroxyoctanoat besteht, werden zentrifugiert, dekantiert und viermal in Wasser resuspendiert, und dann gefriergetrocknet. 10 g der getrockneten Zellen werden in einer Mischung aus 250 ml Aceton und 50 ml 1-Hexanol bei Atmosphärendruck 20 Minuten lang rückflussgekocht, um das 3-Hydroxyoctanoat-Copolymer zu extrahieren. Die erhaltenen Aufschlämmungen werden filtriert, um Zellrückstände zu entfernen. Das Aceton wird dann unter vermindertem Druck aus der Extraktionslösung entfernt, wobei eine Suspension von weichen, festen Teilchen von 3-Hydroxyoctanoat-Copolymer, die in 1- Hexanol dispergiert sind, zurückbleibt. Die Flocken werden durch Abziehen des Hexadekans gesammelt, um 4,8 g Copolymer zu ergeben.

Beispiel 4

Extraktion von PHA aus Kartoffel

Eine Probe von 60 g transgener Kartoffel (hergestellt z. B. durch das Verfahren, wie dies in der WO 95/05472, Somerville, et al., veröffentlicht 23. Feber 1995 oder WO 93/02187, Somerville, et al., veröffentlicht 4. Feber 1993) enthaltend Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyheptanoat), das 7,5% 3-Hydroxyheptanoat wiederholende Einheiten enthält, wird in einen geschlossenen Behälter, der mit 600 ml Aceton und 150 ml Pflanzenöl beschickt ist, gegeben und 3 Stunden lang bei 55ºC gerührt. Die Acetonlösung, die das Öl und PHA enthält, wird dann von den Kartoffeln unter Verwendung eines Drahtgitterfilters abgetrennt. Die Extraktionslösung, die Pflanzenöl, Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyheptanoat) und Aceton enthält, wird in einem dampfbeheizten Kessel gegeben, um das flüchtige Aceton abzukochen, das durch einen wassergekühlten Kondensator gesammelt wird. Nach dem Entfernen des Acetons erscheinen in dem zurückbleibenden Öl Flocken aus Poly(3-hydroxybutyratco-3-hydroxyheptanoat), die abgetrennt werden, indem ein Feingitterfilter verwendet wird, um 7 g reines Pflanzenöl zu ergeben. Die Polymerflocken werden mit kaltem Aceton gewaschen, das vorher durch den Kondensator gesammelt worden ist, um das restliche, zurückgehaltene Öl zu entfernen und dann getrocknet, um 6 g kristallinen Feststoff aus Poly(3- hydroxybutyrat-co-3-hydroxyheptanoat) zu ergeben. Das für das Waschen verwendete Aceton wird mit dem Pflanzenöl vereinigt und dann für eine weitere Extraktion von Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyheptanoat) verwendet.

Claims

1. Ein Verfahren zum Abtrennen von Polyhydroxyalkanoat aus einer Biomasse, die das Polyhydroxyalkanoat enthält, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

a) Behandeln der Biomasse mit einem Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat und mit einem marginalen Nicht-Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat;

b) Entfernen allfälliger unlöslicher Biomasse, wobei eine Lösung von Polyhydroxyalkanoat und marginalem Nicht-Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat zurückbleibt, wobei das marginale Lösungsmittel eine Substanz ist, die für sich ein Nicht-Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat ist, wobei das marginale Lösungsmittel, wenn es mit einem Lösungsmittel gemischt wird, befähigt wird, Polyhydroxyalkanoat aufzulösen, und

c) Abtrennen des Lösungsmittels für Polyhydroxyalkanoat aus der Lösung, wodurch sich eine Suspension von ausgefälltem Polyhydroxyalkanoat in dem marginalen Nicht-Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat ergibt.

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, weiters dadurch gekennzeichnet, dass das marginale Nicht-Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat abgetrennt wird, sodass das Polyhydroxyalkanoat zurückbleibt.

3. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Acetonitril, Benzol, Butylacetat, Butylproprionat, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton, verflüssigtes Kohlendioxid, Chloroform, 1,2-Dichlorethan, Diethylcarbonat, Diethylformamid, Dimethylcarbonat, Dimethylsuccinat, Dimethylsulfoxi, Dimethylformamid, 1,4-Dioxan, Ethylacetat, Ethylenglycoldiacetat, Methylacetat, Methylethylketon, 1,1,2,2- Tetrachlorethan, Tetrahydrofuran, 1,1,2-Trichlorethan, 1,2,3-Trichlorpropan, Toluol, Xylol und Mischungen derselben.

4. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das marginale Nicht-Lösungsmittel für Polyhydroxyalkanoat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus C&sub3;-C&sub2;&sub0; Alkohol, C&sub1;-C&sub2;&sub0; Alkan, Fett, neutrales Lipid, Öl, Wasser und Mischungen derselben.

5. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biomasse Bakterien- und/oder Pflanzen-Material ist.

6. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyhydroxyalkanoat die folgende, sich wiederholende Einheit enthält:

worin R vorzugsweise H, Alkyl oder Alkenyl ist; und m 1 bis 4 ist.

7. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyhydroxyalkanoat wenigstens zwei sich willkürlich wiederholende, monomere Einheiten enthält, wobei die erste sich willkürlich wiederholende, monomere Einheit die Struktur

hat, worin R¹ H oder C&sub1; bis C&sub2; Alkyl ist, und n 1 oder 2 ist, und wobei die zweite sich willkürlich wiederholende, monomere Einheit die Struktur

hat, wobei R² C&sub3; bis C&sub1;&sub9; Alkyl oder C&sub3; bis C&sub1;&sub9; Alkenyl ist, und worin wenigstens 50% der sich willkürlich wiederholenden, monomeren Einheiten die Struktur der ersten sich willkürlich wiederholenden, monomeren Einheit haben.