CN107207710B - 用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷酸酯的方法 - Google Patents

用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷酸酯的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107207710B
CN107207710B CN201680006864.1A CN201680006864A CN107207710B CN 107207710 B CN107207710 B CN 107207710B CN 201680006864 A CN201680006864 A CN 201680006864A CN 107207710 B CN107207710 B CN 107207710B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
alpha
fermentation
fatty acid
vfa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680006864.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107207710A (zh
Inventor
R·努瓦耶
J·佩西奥
M·邵林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Af & Co
Original Assignee
Af & Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Af & Co filed Critical Af & Co
Publication of CN107207710A publication Critical patent/CN107207710A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107207710B publication Critical patent/CN107207710B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/06—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from hydroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/347—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
    • C07C51/363—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by introduction of halogen; by substitution of halogen atoms by other halogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/347—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
    • C07C51/367—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by introduction of functional groups containing oxygen only in singly bound form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/78—Preparation processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/42—Hydroxy-carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/52—Propionic acid; Butyric acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54—Acetic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62—Carboxylic acid esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62—Carboxylic acid esters
    • C12P7/625—Polyesters of hydroxy carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)

Abstract

本发明涉及用于由挥发性脂肪酸(VFA)分子制备聚羟基烷酸酯或PHA的方法，所述挥发性脂肪酸分子称为前体，通过厌氧发酵可发酵生物质制备，其特征在于包括至少以下步骤：‑a)在不停止发酵的情况下通过提取手段提取挥发性脂肪酸(VFA)分子，所述提取手段选自至少不溶于发酵培养基的手段，‑b)一旦提取了所述挥发性脂肪酸(VFA)分子，就在发酵反应器外部收集所述分子，‑c)通过卤化一类挥发性脂肪酸(VFA)来合成给定的α‑卤代酸，所述挥发性脂肪酸选自步骤b)收集的所述挥发性脂肪酸并且根据所需类型的PHA定义，‑d)通过与碱反应由此α‑卤代酸合成给定的α‑羟基酸分子，‑e)聚合所述α‑羟基酸，获得所定义的聚羟基烷酸酯(PHA)。

Description

用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷 酸酯的方法
本发明涉及用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷酸酯的方法。
在下文中，为方便阅读，将用缩写PHA表示聚羟基烷酸酯。该家族根据碳的数量的变化包括许多分子。
PHA是可通过微生物发酵植物来源的糖具体地讲玉米淀粉或植物性废弃物制备的热塑性聚酯。当遇到碳的过量供应相关的某些代谢物缺乏的条件时，微生物生成PHA。换句话讲，然后微生物以PHA颗粒的形式累积来源于糖的碳。PHA用作例如包装的组成材料或在医疗领域用作缝合材料。它们代替石油基聚合物。
使用纯选择的微生物菌株以及还用于制备PHA的特定底物的发酵方法是已知的。此类解决方案难以在工业规模以可接受的生产成本采用。
适于工业用途的方法也从EP-A-2 749 650有所了解。所用的底物来源于流出物，并且以挥发性脂肪酸(VFA)富集，所述挥发性脂肪酸已知是PHA前体。通过使用细菌菌群和通过生物质的生长期和缺乏期的交替，以控制方式，刺激了细菌生长和PHA的生成。然而，这样的方法涉及发酵条件的精确控制和用于提取所制备的PHA的合适处理，这涉及相对较重的安装。此外，此类提取不能连续进行，并且其不允许制备所有类型的PHA。此方法的另一个缺点是其特异性：它能够只生成微生物PHA，即由微生物生成PHA。
本发明更具体地讲涉及通过提出用于制备PHA的方法，使其能够制备各种类型的PHA，特别是非蛋白质生成的氨基酸，轻松地克服了这些缺点，并且摆脱了现有技术的已知制备方法相关的限制。
为此，本发明的一个主题是用于由通过厌氧发酵可发酵生物质制备的挥发性脂肪酸(VFA)分子(称为前体)制备聚羟基烷酸酯或PHA的方法，其特征在于包括至少以下步骤：
-a)在不停止发酵的情况下通过提取手段提取挥发性脂肪酸(VFA)分子，该提取手段选自至少不溶于发酵培养基的手段，
-b)一旦提取了挥发性脂肪酸(VFA)分子，就在发酵反应器外部收集该分子，
-c)通过卤化一类挥发性脂肪酸(VFA)来合成给定的α-卤代酸，该挥发性脂肪酸选自步骤b)收集的挥发性脂肪酸并且根据所需类型的PHA定义，
-d)通过与碱反应由此α-卤代酸合成给定的α-羟基酸分子，
-e)聚合所述α-羟基酸，获得所定义的聚羟基烷酸酯(PHA)。
因此，这样的方法使通过微生物连续制备前体的相与在发酵外部进行的合成相组合成为可能，其允许轻松控制各种参数，同时允许所制备的聚羟基烷酸酯(PHA)类型发生较大变化。
这样的方法继续使提供前体，即挥发性脂肪酸成为可能，同时保存了生物反应器中存在的微生物的制备能力。
特别地，提取步骤a)和收集步骤b)不仅使提取和连续收集发酵反应器中生成的挥发性脂肪酸分子成为可能，而且使保存负责所述制备的微生物成为可能。特别地，提取以及实际上收集在至少对所有微生物非致死的条件下，即在生物相容性提取和收集条件下进行，因为提取保存了微生物的活性，并且收集在发酵反应器外部进行。
这样，代谢物累积在发酵反应器中相关的问题得到了解决，例如通过所制备的挥发性脂肪酸的累积酸化发酵培养基，这对微生物是有害的。在整个发酵循环中，微生物的量和活性维持在高水平，接近初始水平。
通过提供VFA的连续和正常制备，提供了各种前体的简易和快速可用来源。在作为本发明主题的方法中，该用途经由步骤c)通过化学合成，因此在易于控制和修改的条件下进行，这也为所合成的分子类型提供了较大变化。特别地，在步骤c)期间，根据选择进行卤化的VFA，获得给定类型的α-卤代酸，从而然后获得定义类型的α-羟基酸，因此获得给定类型的α-PHA。本发明还使许多这样获得的α-羟基酸进行组合成为可能，以在方法的最终步骤期间生成杂聚物。
存在工业、化妆品、医药、食品或其他用途关注的许多类型的PHA。可涉及的例子包括聚羟基丁酸酯或PHB和聚(3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯)或PHBV。在PHA的类型中，还可涉及制备聚乙醇酸或PGA或制备聚乳酸或PLA，前提条件是通过现有技术的已知方法，不可能直接生成PLA，后者必须由乳酸发酵的产物聚合。
换句话讲，通过本发明，可以正常和控制方式，由生物来源底物、通过生物制备与化学制备的组合进行许多类型PHA(即均聚物、共聚物或杂聚物类型)的合成。
这样的方法使在厌氧发酵期间使用可发酵生物质成为可能。术语“可发酵生物质”在本文中代表有机底物，它是有利地由废弃物获得的非食品级副产物，以及由有机物质即由生物质形成、来源于人类活动，无论是驯养业、工业、农业、林业、水产业、农工业，还是来源于畜牧业等等的副产品。可涉及的有机底物的非限制性例子包括肥料、驯养垃圾的有机部分、屠宰场副产品、来源于农工业的纤维素或木质纤维素类残留物，诸如来源于甘蔗(渣)、向日葵或大豆的转化的那些纤维素或木质纤维素类残留物。
术语“厌氧发酵”意指在厌氧条件下通过真核或原核微生物诸如细菌、真菌、藻类或酵母进行的发酵。
根据本发明的有利但非必要方面，这样的方法可包括一个或多个以下特征：
-在步骤c)期间，所用的卤代化合物是二溴。
-在步骤c)期间，所用的卤代化合物不是二溴。
-在步骤c)期间，乙酸酐相对于挥发性脂肪酸以大约12％的摩尔百分比使用。
-在步骤c)期间，使用待卤化的挥发性脂肪酸(VFA)对应的酸酐。
-在步骤c)期间，溴化反应进行的温度为低于挥发性脂肪酸的沸点20℃至40℃。
-在步骤d)期间，所用的碱是氢氧化钠。
-在步骤d)期间，氢氧化钠与α-卤代酸等摩尔量。
-在步骤d)期间，α-卤代酸与氢氧化钠的反应在20℃和120℃之间、有利地在50℃和90℃之间进行。
-在步骤d)期间，如果α-卤代酸包含至少四个碳，则α-卤代酸与氢氧化钠的反应对于大约50℃的温度是最优的，并且如果α-卤代酸包含少于四个碳，则对于大约90℃的温度是最优的。
在阅读本发明的多个实施方案的描述时，将更清晰地理解本发明，更清晰地呈现本发明的其他优点，该实施方案以非限制性例子的方式给出。
现在结合多个实施方案描述方法的各种步骤，应当理解本身已知的步骤未详细描述。
第一，所用的底物有利地是未处理的，即未经历任何物理化学或酶学预处理。该底物主要由可发酵生物质构成。作为另外的非限制性例子，可涉及农业或植物类废弃物(稻草、蔗渣、玉米蒸馏残留物、草、木材、牧草)、纸类废弃物(纸板、纸材)、农业食品废弃物、屠宰场废弃物、驯养垃圾的有机部分、畜牧业流出物(肥料、浆液、粪便)、藻类、水产养殖废弃物、林业活动废弃物或来自化妆品行业的可发酵副产品。某些底物包含有机分子，诸如有机酸，其对发酵方法的影响很小或无影响。在另一个方面，这些分子可见于发酵培养基，并且可参与例如定义的最终有机分子的制备。
作为提示和以已知方式，将底物引入发酵反应器，这本身是已知的并且设计成所需的制备的大小，无论是该制备以实验室规模进行测试，还是就制备而言以工业规模进行。换句话讲，发酵反应器或生物反应器根据需要具有几升至几百立方米范围内的体积。
微生物有利地最初以足以开始发酵的量引入发酵反应器。微生物有利地以菌群接种。术语“菌群”代表真核和原核微生物的混合物或掺和物，无论它们是细菌、酵母、真菌还是藻类。这些各种微生物基本上来源于自然生态系统，有利地但不排他性地来源于厌氧生态系统，诸如作为非限制性例子，水性介质的厌氧区，诸如某些湖、土壤、沼泽、纯化淤渣、反刍动物的瘤胃或白蚁的肠的缺氧区。应当记住，菌群中各种微生物类型和物种的定性和定量分布未准确知晓，特别是可在广泛的比例内变化。结果是，该定性和定量差异出乎意料地提供了微生物的稳健性和适应性，这使确保底物的最佳使用成为可能，与这些底物的组成和在不同的发酵条件下无关。
此外，由于底物以未修改的形式使用，即在引入生物反应器之前未消毒，或更一般地讲未释放其包含的微生物的事实，结果是底物特有的微生物实际上掺入到菌群或至少在生物反应器中与其组合。
此外，发酵在厌氧条件下，更准确地当氧化还原电势小于-300mV，有利地在-550mV和-400mV之间时，并且pH小于8，优选地在4和7之间时进行。发酵有利地限制到“前体”发酵代谢物，即包含两个至八个碳，优先地两个至六个碳的挥发性脂肪酸或VFA的制备。因此，诱导了类似于反刍动物中遇到的酸中毒现象的反应，同时具有接近零的甲烷产生率。甲烷通常是在厌氧发酵期间通过来源于自然生态系统微生物获得的最终发酵代谢物中的一种。
发酵在第一阶段导致形成挥发性脂肪酸，该挥发性脂肪酸主要包含两个至四个碳，例如乙酸、丙酸和丁酸。还获得少量长链挥发性脂肪酸，从而大于四个碳的挥发性脂肪酸，诸如戊酸、己酸、庚酸或辛酸。通过连续发酵和/或通过增加生物反应器中微生物的量，如有需要通过选择的微生物，可能促进长碳链VFA，从而大于四个碳的VFA的制备。
换句话讲，在发酵期间以一定量制备的挥发性脂肪酸基本上为两个至六个碳的挥发性脂肪酸。
在所有情况下，进行发酵以确保在液相中制备VFA。通常，发酵时间在1和7天之间，优先地在2和4天之间。在该阶段结束时发酵培养基中获得的代谢物的浓度是可变的，但对于挥发性脂肪酸，通常为约10至20g/L，具体取决于挥发性脂肪酸，应当理解在某些条件下，可大于35g/L，例如大约50g/L。在发酵步骤结束时，由于发酵培养基中存在挥发性脂肪酸，发酵培养基处于酸性pH，通常在4和6之间。
当VFA的产生达到定义量时，通常在发酵的永久状态期，促发分子提取步骤a)。优选地，但非必需地，该定义量的VFA对应于微生物生长的减缓，从而处于微生物的抑制阈值区域。
提取手段选自液体或固体提取手段，其至少不溶于发酵培养基。当提取手段为液体时，因此当它是溶剂时，优先地溶剂的密度小于发酵培养基的密度。
更准确地，提取通过固体或液体提取手段进行，其操作条件使得保持微生物的活性和/或使微生物在生物反应器中占优势的发酵条件下生长成为可能，并且该操作条件被定义为进行发酵。VFA分子优先地通过分子家族提取，然后有利地通过本身已知的技术单独分离。
当从发酵培养基提取分子诸如挥发性脂肪酸，实际上这些酸对发酵培养基的酸化程度减少。因此，发酵从而产生代谢物，在类似于初始条件的条件下继续进行，发酵培养基保持略酸性。
提取有利地连续或至少按顺序进行，例如提取每12小时进行一次。换句话讲，可能在提取所制备的代谢物的同时继续进行发酵，在制备时逐渐进行或有规律进行。
使用通过有机溶剂的液-液提取作为提取手段是优先地、但非排他性采取的提取方法。
在一个实施方案中，提取不在与发酵反应器分隔的构件中进行，而是直接在所述反应器中进行。溶剂例如通过位于反应器底部的起泡器型的装置引入。作为变化，提取构件与反应器耦接，与发酵培养基的连通布置。
在提取结束时，进行收集步骤b)。在该步骤期间，通过本身已知的技术，诸如蒸馏或蒸发从有机相收集VFA。
收集作为VFA的混合物或根据VFA的类型进行。很明显，VFA的选择或VFA的混合物通过所需的最终分子类型确定。为此，修改了收集条件，通常为蒸发或蒸馏参数。
一旦进行该收集步骤，即可进行以下步骤c)。在收集步骤之后，该步骤有利地但非排他性地进行。作为变化，在另一个时间和/或另一个地点进行，根据本身已知的技术运输和/或存储所产生的VFA。
该卤化步骤在于卤素与VFA反应，以产生α-卤代酸，该α-卤代酸是高反应性类型的分子，因此对于产生其他分子是特别有利的。此类本身已知的反应通过添加溴来进行，这是优选的，应当理解，可使用其他卤素，即氯、氟或碘或卤化分子诸如三卤化磷、卤代酸或酰基卤。
选择二溴，因为溴化α-卤代酸的反应性比对应的氯化α-卤代酸更强，碳-溴键比碳-氯键更易于断裂。此外，二溴由于其液体形式更易于处理。
为进行α-溴代酸合成，采取使用酸酐(在这种情况下乙酸酐)和吡啶的路线。很明显，例如使用多磷酸或三卤化磷的其他合成路线是本身已知的。使用多磷酸进行测试，但结果是非决定性的，特别是由于该化合物的高粘度，这使其难以处理。
氯化测试也由α-氯代酸合成(例如使用三氯异氰脲酸合成)的申请人进行。所获得的结果，就收率和易于实施而言，比使用二溴获得的那些结果差。
使用所期望的挥发性脂肪酸对应的酸酐进行卤化的合成路线是有利的，并且使获得α-卤代酸(在该情况下为给定类型的α-溴代酸)成为可能。使用乙酸酐与其他VFA和/或与两个至六个碳的VFA的混合物使获得两个至六个碳的α-卤代酸的混合物成为可能。
使用乙酸(包含两个碳的VFA)、丙酸(包含三个碳的VFA)、丁酸(包含四个碳的VFA)、己酸(包含六个碳的VFA)以及两个至六个碳的VFA的混合物的测试通过不同量的乙酸酐以及其他参数诸如温度进行。
在各种测试期间，遵循方案进行。其涉及，在初步阶段，加热回流VFA、乙酸酐和吡啶初始混合物。然后，在实际溴化期间，在几小时内、在低于混合物的沸点的温度下缓缓加入二溴，并且一旦加入二溴，即将混合物再次带入回流，然后冷却。有利地，在反应末期，加水破坏存在的酸酐。然后通过各种方法(取决于酸)提取α-溴代酸。这些方法是例如蒸馏或分离提取。
将混合物带入回流的初始温度在120℃(对于包含两个碳的VFA)和200℃(对于包含六个碳的VFA)之间。溴化温度在80℃至180℃的范围内，取决于VFA是否包含两个至六个碳。溴化反应时间，从而实际上二溴加入时间从约一小时(对于包含六个碳的VFA)至约四小时(对于包含两个碳的VFA)变化。
进行包含两个、三个、四个或六个碳的挥发性脂肪酸的溴化测试，以及挥发性脂肪酸的混合物的测试：
乙酸(C2)：0.53mol
丙酸(C3)：0.53mol
丁酸(C4)：0.53mol
己酸(C6)：0.24mol
C2至C6的VFA的混合物：0.54mol。
所加入的二溴的量为0.21mol或0.11mol，使挥发性脂肪酸过量。有利地，发明人发现有利于VFA的摩尔比2:1是最佳的。
对于每种酸，所加入的酸酐的量为0.06mol(一个测试)和0.03mol(另一个测试)。
VFA混合物包含乙酸(C2)、丙酸(C3)、丁酸(C4)、戊酸(C5)和己酸(C6)。
在初步阶段，回流温度根据VFA而变化：120℃(对于乙酸)；120℃和140℃(对于使用丙酸的测试)；150℃和160℃(对于丁酸)；200℃(对于己酸)和180℃(对于混合物)。
使用每种酸的各种测试的溴化温度为10℃至50℃，有利地低于回流温度从而挥发性脂肪酸的沸点20℃至40℃。
在各种测试结束时获得的α-溴代酸的收率和纯度整理于下表1中。为简洁起见，VFA以碳的数目表示。
表1
分析和收率计算通过本身已知的分析技术，即通过NMR(核磁共振)和通过HPLC(高效液相色谱)进行。收率相对于所消耗的VFA的量定义。
申请人发现，反应速率如加入二溴之后反应混合物的脱色所示，当酸酐的量较大时，反应速率较快，而对纯度的影响很少。然而，优化两个步骤(初步步骤和溴化步骤)的温度是合适的。
为此，申请人注意到溴化温度低于挥发性脂肪酸的沸点是必须的，不应距离该温度太远。
各种测试使确定溴化温度低于挥发性脂肪酸的沸点约10℃至50℃，有利地低20℃成为可能，使在所有其他条件相同时，通过1小时至4小时的反应时间获得最佳收率，通常在60％和100％之间成为可能。
关于乙酸酐的作用，根据表中的结果，似乎对于最佳的溴化反应，酸酐相对于VFA的摩尔百分比必须为大约12％，应当理解，在5％和20％之间的百分比是可接受的。
然后，在步骤d)，使用获得的α-溴代酸，或更准确地使用给定的α-溴代酸进行给定的α-羟基化酸(也称为α-羟基酸)的合成。为此，加入碱。有利地，但非排他性地，碱是氢氧化钠。
测试由申请人通过用氢氧化钠(NaOH)取代α-溴代酸，即溴乙酸、α-溴丙酸、α-溴丁酸、α-溴己酸和包含两个至六个碳的α-溴代酸的混合物来进行。此类取代允许产生具有分别两个、三个、四个、五个或六个碳的碳链的α-羟基酸，即乙醇酸、乳酸、α-羟基丁酸、α-羟基戊酸或α-羟基己酸。
这些α-羟基酸在聚合之后最常用于制备化妆品或食品包装。易于理解，作为本发明主题的方法允许产生其他类型的酸，所述酸允许其他类型PHA的聚合。例如，涉及包括α-羟基癸酸。
对于各种测试，方案为将等摩尔的氢氧化钠和α-溴代酸的混合物带入回流一至两小时的时间。加热温度在80℃至120℃的范围内。以规则间隔取样，使其能够显示收率在60％和100％之间，且有利地对于包含至少三个碳的酸在80％和100％之间。
还可看出，对于包含大于四个碳的化合物，最佳收率在温度的逐渐升高期间实现。因此，申请人发现，当温度保持低于一定温度时，收率最佳，当等于和大于该温度时α-羟基酸降解开始，该温度实际上小于α-溴代酸的沸点。
特别是，申请人意外地发现，实现最佳收率的温度在20℃和120℃之间，有利地在50℃和90℃之间。
申请人特别发现，出乎意料的是，对于包含至少四个碳的α-溴代酸，实现最佳收率的温度为约50℃，且对于包含少于四个碳的α-溴代酸，为约90℃，应当理解，对于C2和C3α-羟基酸，高于100℃的温度引起化合物的降解。
特别地，一旦达到最佳收率，延长反应时间仅得到最少增加，例如对于包含四个碳的α-溴代酸，反应时间为两小时而不是一小时，收率增加4％。
下表2汇总了所进行的一些测试。
表2
通过已涉及的NMR和HPLC分析技术进行分析和收率计算。收率相对于卤代酸的初始量定义。
方法的最终步骤在于用所获得的α-羟基酸开始聚合对应的聚羟基烷酸酯或PHA。例如，可制成聚乳酸或PLA(用于食品包装)和聚乙醇酸或PGA(在医疗领域用作缝合材料)。PLA来源于由α-溴丙酸获得的乳酸。PGA来源于由溴乙酸获得的乙醇酸。
本身已知的该聚合有利地根据三条路线进行：通过开环(开环聚合)、通过固相聚合(固态聚合)或通过直接缩聚。该聚合之后进行本身已知的PHA回收。

Claims (11)

1.一种用于由挥发性脂肪酸(VFA)分子制备聚羟基烷酸酯或PHA的方法，所述挥发性脂肪酸分子称为前体，通过厌氧发酵可发酵生物质制备，其特征在于包括至少以下步骤：
-a)在不停止发酵的情况下通过提取手段提取挥发性脂肪酸(VFA)分子，所述提取手段选自至少不溶于发酵培养基的手段，
-b)一旦提取了所述挥发性脂肪酸(VFA)分子，就在发酵反应器外部收集所述分子，
-c)通过卤化一类挥发性脂肪酸(VFA)来合成给定的α-卤代酸，所述挥发性脂肪酸选自步骤b)收集的所述挥发性脂肪酸并且根据所需类型的PHA定义，
-d)通过与碱反应由此α-卤代酸合成给定的α-羟基酸分子，
-e)聚合所述α-羟基酸，获得所定义的聚羟基烷酸酯(PHA)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间，卤代化合物是二溴。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间，卤代化合物不是二溴。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间，乙酸酐相对于所述挥发性脂肪酸以12％的摩尔百分比使用。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间，使用待卤化的所述挥发性脂肪酸(VFA)对应的酸酐。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间，溴化反应进行的温度为低于所述挥发性脂肪酸的沸点20℃至40℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d)期间，所用的所述碱是氢氧化钠。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤d)期间，所述氢氧化钠与所述α-卤代酸等摩尔量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤d)期间，所述α-卤代酸与氢氧化钠的反应在20℃和120℃之间进行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤d)期间，所述α-卤代酸与氢氧化钠的反应在50℃和90℃之间进行。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤d)期间，包含至少四个碳的α-卤代酸与氢氧化钠的反应温度为50℃，并且包含少于四个碳的α-卤代酸与氢氧化钠的反应温度为90℃。
CN201680006864.1A 2015-02-27 2016-02-17 用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷酸酯的方法 Active CN107207710B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1551672 2015-02-27
FR1551672A FR3033168B1 (fr) 2015-02-27 2015-02-27 Procede de production de polyhydroxyalcanoates a partir de precurseurs obtenus par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
PCT/FR2016/050363 WO2016135396A1 (fr) 2015-02-27 2016-02-17 Procede de production de polyhydroxyalcanoates a partir de precurseurs obtenus par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107207710A CN107207710A (zh) 2017-09-26
CN107207710B true CN107207710B (zh) 2019-11-08

Family

ID=53059290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680006864.1A Active CN107207710B (zh) 2015-02-27 2016-02-17 用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷酸酯的方法

Country Status (19)

Country Link
US (1) US9650469B2 (zh)
EP (1) EP3262095B1 (zh)
CN (1) CN107207710B (zh)
AU (1) AU2016225310B2 (zh)
BR (1) BR112017017756B1 (zh)
CA (1) CA2977438C (zh)
DK (1) DK3262095T3 (zh)
ES (1) ES2714597T3 (zh)
FR (1) FR3033168B1 (zh)
HR (1) HRP20190577T1 (zh)
HU (1) HUE042799T2 (zh)
LT (1) LT3262095T (zh)
MY (1) MY182729A (zh)
PL (1) PL3262095T3 (zh)
PT (1) PT3262095T (zh)
RU (1) RU2682657C1 (zh)
SI (1) SI3262095T1 (zh)
TR (1) TR201903731T4 (zh)
WO (1) WO2016135396A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3033166B1 (fr) 2015-02-27 2017-03-10 Afyren Procede de production d'acides amines a partir de precurseurs obtenus par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
FR3033168B1 (fr) 2015-02-27 2017-03-10 Afyren Procede de production de polyhydroxyalcanoates a partir de precurseurs obtenus par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
FR3074174B1 (fr) 2017-11-30 2020-02-07 Afyren Procede de valorisation de sels de potassium coproduits de procedes de fermentation
FR3075222B1 (fr) 2017-12-19 2022-03-11 Afyren Vinasse comme milieu de fermentation
WO2019119157A1 (en) 2017-12-21 2019-06-27 Genecis Bioindustries Inc. Method for producing polyhydroxyalkanoates (pha) from organic waste
CN108823097A (zh) * 2018-06-20 2018-11-16 桂林电子科技大学 一种利用硫酸盐有机废水驯化污泥富集高聚pha混合菌的方法
FR3087449A1 (fr) 2018-10-19 2020-04-24 Afyren Procede de preparation de molecules organiques par fermentation anaerobie
WO2020118439A1 (en) * 2018-12-12 2020-06-18 Institut National De La Recherche Scientifique Production of polyhydroxyalcanoates from pulp and paper waste streams
CN111777506A (zh) * 2020-08-14 2020-10-16 上海嘉化科技有限公司 一种有机物溴乙酸及酯的绿色化学合成方法
ES2936907B2 (es) * 2021-09-14 2023-08-11 Quim Tecnica Ecologica S L U Metodo y equipos para la produccion de polihidroxialcanoatos y bioestimulante radicular a partir de residuos organicos
CN113800714B (zh) * 2021-09-15 2023-05-23 广东海洋大学 一种养殖原水处理和微生态重建的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225355A (zh) * 1999-02-04 1999-08-11 清华大学 构建多功能基因工程菌生产聚β－羟基丁酸酯的方法
CN101555314A (zh) * 2009-05-22 2009-10-14 同济大学 以剩余污泥发酵液为碳源合成聚羟基脂肪酸酯的方法
CN102558529A (zh) * 2011-12-28 2012-07-11 河南农业大学 从光合细菌产氢发酵残液中分离提取phb的方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3642887A (en) 1966-12-19 1972-02-15 Ethyl Corp Preparation of amino-substituted carboxylic acids
DE2810975A1 (de) * 1978-03-14 1979-09-27 Hoechst Ag Verfahren zur herstellung von glykolsaeure
US4377638A (en) 1981-06-29 1983-03-22 University Patents, Inc. Microbiological production of lower aliphatic carboxylic acids
FR2536388A1 (fr) * 1982-11-22 1984-05-25 Rhone Poulenc Spec Chim Procede de preparation de chlorures d'acides a-chlores
DE3719872A1 (de) 1987-06-13 1988-12-29 Basf Ag Verfahren zur herstellung von d-alanin aus l-chlorpropionsaeure
CA2117340C (en) * 1991-12-23 2003-06-10 Genzyme Limited Synthesis of homochiral 2-hydroxy acids
US7141400B2 (en) * 2002-01-16 2006-11-28 University Of Hawaii Production of biodegradable thermoplastic materials from organic wastes
DE102008002715A1 (de) * 2008-06-27 2009-12-31 Evonik Röhm Gmbh 2-Hydroxyisobuttersäure produzierende rekombinante Zelle
WO2010003463A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-14 Metabolic Explorer Method for polymerising glycolic acid with microorganisms
CN102030669B (zh) 2009-09-25 2014-07-23 李其奎 一种甘氨酸的生产方法
US20110159556A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-30 Pieja Allison J Use of hydroxyalkanoic acids as substrates for production of poly-hydroxyalkanoates by methane-oxidizing bacteria
RU2535341C2 (ru) * 2009-12-10 2014-12-10 Веолия Уотер Сольюшнз Энд Текнолоджиз Сеппорт Способы аккумуляции полигидроксиалканоатов в биомассе со слежением в масштабе времени (варианты)
US9650652B2 (en) * 2011-08-09 2017-05-16 Cornell University Production of carboxylates and methane from biomass waste
EP2749650B1 (en) 2012-12-27 2019-03-06 Veolia Water Solutions & Technologies Support Method for producing polyhydroxyalkanoates by microorganisms
KR101359819B1 (ko) * 2013-04-18 2014-02-11 정휘동 정수라인의 튜브 피팅구조
FR3004727B1 (fr) * 2013-04-19 2015-12-18 Bio Think Procede de production d'hydrocarbures
FR3033168B1 (fr) 2015-02-27 2017-03-10 Afyren Procede de production de polyhydroxyalcanoates a partir de precurseurs obtenus par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
FR3033166B1 (fr) 2015-02-27 2017-03-10 Afyren Procede de production d'acides amines a partir de precurseurs obtenus par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225355A (zh) * 1999-02-04 1999-08-11 清华大学 构建多功能基因工程菌生产聚β－羟基丁酸酯的方法
CN101555314A (zh) * 2009-05-22 2009-10-14 同济大学 以剩余污泥发酵液为碳源合成聚羟基脂肪酸酯的方法
CN102558529A (zh) * 2011-12-28 2012-07-11 河南农业大学 从光合细菌产氢发酵残液中分离提取phb的方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR3033168B1 (fr) 2017-03-10
AU2016225310A1 (en) 2017-08-17
FR3033168A1 (fr) 2016-09-02
PT3262095T (pt) 2019-04-22
CN107207710A (zh) 2017-09-26
RU2682657C1 (ru) 2019-03-20
DK3262095T3 (en) 2019-04-15
US20160251474A1 (en) 2016-09-01
PL3262095T3 (pl) 2019-06-28
HRP20190577T1 (hr) 2019-05-17
BR112017017756B1 (pt) 2021-10-05
CA2977438C (fr) 2021-03-02
WO2016135396A1 (fr) 2016-09-01
CA2977438A1 (fr) 2016-09-01
HUE042799T2 (hu) 2019-07-29
AU2016225310B2 (en) 2019-08-15
ES2714597T3 (es) 2019-05-29
EP3262095A1 (fr) 2018-01-03
SI3262095T1 (sl) 2019-04-30
BR112017017756A2 (pt) 2018-04-03
US9650469B2 (en) 2017-05-16
TR201903731T4 (tr) 2019-04-22
MY182729A (en) 2021-02-03
EP3262095B1 (fr) 2018-12-26
LT3262095T (lt) 2019-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107207710B (zh) 用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备聚羟基烷酸酯的方法
US20220017426A1 (en) Methods for plant growth stimulation with fermentation leachates
Kim et al. Continuous hydrogen production from tofu processing waste using anaerobic mixed microflora under thermophilic conditions
CN107207412A (zh) 用于由通过厌氧发酵可发酵生物质获得的前体制备氨基酸的方法
CA2624966A1 (en) Deregulated bacteria with improved polyhydroxyalkanoate production
Nong et al. Assessment of the effects of anaerobic co-digestion of water primrose and cow dung with swine manure on biogas yield and biodegradability
Steinbrenner et al. Testing different ensiling parameters to increase butyric acid concentration for maize silage, followed by silage separation and methane yield potential of separated solids residues
Mostafa Production and recovery of volatile fatty acids from fermentation broth
Marchetti et al. Inoculum production from pig slurry for potential use in agricultural biogas plants
Critelli et al. Production and characterisation of PHAs by pure culture using protein hydrolysates as sole carbon source
Hernández-García et al. Production of volatile fatty acids during the hydrolysis and acidogenesis of Pistia stratiotes using ruminal fluid
Alsafadi et al. Production of polyhydroxyalkanoate from sesame seed wastewater by sequencing batch reactor cultivation process of Haloferax mediterranei
Omara et al. Poly-3-hydroxybutyrate biosynthesis by Bacillus megaterium utilizing a pleustophytic ecological plague in the legendary source of River Nile as the sole carbon source
KR101437391B1 (ko) 락토바실러스 유산균의 배양방법 및 이를 이용한 휘발성 지방산의 생산방법
Hülsen et al. Polyhydroxyalkanoate production in a biofilm by mixed culture phototrophic bacteria
US20210371887A1 (en) Method and apparatus for the utilization of zero fiber and other side streams
Kumar et al. Production of Biopolymer from Food Waste
DINCA et al. The substrate influence on the anaerobic digestion process
Class et al. Patent application title: METHODS FOR PRODUCING MELANIN AND INORGANIC FERTILIZER FROM FERMENTATION LEACHATES Inventors: Radu Popa (Los Angeles, CA, US) Kennth H. Nealson (South Pasadena, CA, US) Assignees: River Road Research, Inc.
Al Mamun et al. Comparative performance studies on biomethane production from biodegradable wastes and cattle manure based on inoculums source
Omara et al. Poly-3-hydroxybutyrate Biosynthesis by Municipal Sewage Sludge Isolated Bacillus megaterium Utilizing a Pleustophytic Ecological Plague in the Legendry Source of River Nile as the Sole Carbon Source
Bungard Bugs in the works—biology at ICI Billingham
RU2542113C1 (ru) Способ получения стимулятора роста растений в результате непрерывной ферментации навоза крупного рогатого скота
FI20200056A1 (en) Method and apparatus for recovering zero fiber and other by-products
Cheunkum Production of lactic acid from cassava solid waste

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant