DD239609A1

DD239609A1 - Verfahren zur gewinnung von poly-beta-hydroxybuttersaeure aus getrockneten bakterienbiomassen

Info

Publication number: DD239609A1
Application number: DD27898185A
Authority: DD
Inventors: Joachim Schmidt; Helmuth Schmiechen; Helga Rehm; Marika Trennert
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1986-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Poly-b-hydroxybuttersaeure aus Bakterienbiomassen, welche Poly-b-hydroxybuttersaeure als Speichersubstanz enthalten. Ziel der Erfindung ist es, bei Verringerung des technischen Aufwandes, Poly-b-hydroxybuttersaeure hohen Polymerisationsgrades, moeglichst vollstaendig aus bakteriellen Biomassen zu extrahieren. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, zur Extraktion spezifische Loesungsmittelgemische einzusetzen, die es gestatten, das Ziel der Erfindung zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die getrocknete Biomasse einer Loesungsmittelextraktion mit Mischungen aus 1,2-Dichlorethan und 20-45 Ma.-% Methanol oder Ethanol, vorzugsweise jedoch mit den Azeotropen der Zusammensetzung 68 Ma.-% 1,2-Dichlorethan und 32 Ma.-% Methanol oder 63 Ma.-% 1,2 Dichlorethan und 37 Ma.-% Ethanol, im Masseverhaeltnis 1:5 bis 1:20, bei Temperaturen zwischen 40C und 75C, unterworfen wird, wobei die durch Abkuehlung auf 20C von der Poly-b-hydroxybuttersaeure befreite Miscella erneut zur Extraktion frischer Bakterienbiomasse eingesetzt werden kann.

Description

Anwendungsgebiet deir Erfindung . .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von biogenen Zeilinhaltsstoffen aus getrockneten Biomassen, die diese Zellinhaltsstoffe als Speichersubstanzen bei der Züchtung auf kohlenstoffhaltigen Substraten bilden.

Die Erfindung kann in Anlagen zur Lösungsmittelextraktion von getrockneten Biomassen angewandt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ' '

Verschiedene Bakterienstämme bilden unter bestimmten Fermentationsbedingungen polymere ß-Hydroxybuttersäure bzw. andere polymere Hydroxycarbonsäuren, wie z. B. Polyhydroxyvaleriansäure, als Speichersubstanzen. Zur Gewinnung dieser Polyester aus der Bakterienbiomasse sind verschiedene Verfahren zur Extraktion mit Lösungsmitteln bekannt, die als spezifische Lösungsmittel chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform (US-PS 3275610) oder 1,2-Dichlorethan (EP-PS 14490 bzw. EP-PS 15123) die Mischung von Methylenchlorid mit Ethanol (US-PS 3044942) oder Pyridin (US-PS 3036959), nach Sprühtrocknung der Biomasse (EP-PS 15123) oder andere Vorbehandlungsmethoden zur Zellzerstörung (US-PS 3275610) einzusetzen. Allen diesen Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, daß sich an die Extraktion die Ausfällung der Poly-ßhydroxybuttersäure aus der Miscella durch Zusatz spezifischer Lösungsmittel anschließen muß. Es wurde bereits vorgeschlagen, diesen Nachteil durch Anwendung von Essigsäureanhydrid als Extraktionsmittel auszuschalten, jedoch besteht ein großer Nachteil dieses Verfahrens in der hohen Korrosivität des Extraktionsmittels, welches durch Spuren von Wasser zu Essigsäure hydrolysiert wird. Ebenfalls bekannt ist die Anwendung von Propylen- oder Ethylencarbonat (US-PS 4101533) als Extraktionsmittel. Wesentliche Nachteile dieses Verfahrens sind die hohen Extraktionstemperaturen, die damit verbundene Depolymerisation der extrahierten Poly-ß-hydroxybuttersäure, die zu niedrigeren Molekulargewichten führt und die Notwendigkeit einer anschließenden Heißwasserextraktion der Poly-ßhydroxybuttersäure zur Entfernung der Extraktionsmittelrückstände.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Extraktion von Poly-ß-hydroxybuttersäure aus Bakterienbiomassen zu entwickeln, welches es gestattet, ein qualitativ besseres Produkt bei gleichzeitiger Verringerung des technischen Aufwandes zu erzeugen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, spezifische Lösungsmittelgemische anzuwenden, die es erlauben, bei niedrigen Extraktionstemperaturen Produkte höheren Polymerisationsgrades zu erhalten.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Extraktionsmittel Mischungen aus 1,2-Dichlorethan und Ethanol oder 1,2-Dichlorethan und Methanol mit Alkoholgehaltervvon 20-45Ma.-%, vorzugsweise jedoch die in diesen Mischungsbereichen liegenden Azeotrope, mit den Siedepunkten bei +70,5⁰C (1,2-Dichlorethan/Ethanol 63/37) bzw. +61⁰C

(1,2-Dichlorethan/Methanol 68/32), verwendet werden. '

Überraschenderweise wurde damit eine Lösung gefunden, die extrahierte Poly-ß-hydroxybuttersäure durch Abkühlung der Miscella auf +2O⁰C auszufällen und die dadurch vom extrahierten Stoff befreite Miscella sofort wieder zur Extraktion einer neuen

Biomassecharge einsetzen zu können. .

Für die Mischung aus 1,2-Dichlorethan und Methanol oder Ethanol wird eine Extraktionstemperatur zwischen +40⁰C und +75⁰C

vorgeschlagen. ·

Das Mischungsverhältnis von Biomasse und Extraktionsmittel kann dabei zwischen 1:5 und 1:20 variiert werden, sollte aber vorzugsweise bei 1:10 liegen.

Die Extraktion mit dem erfindungsgemäßen Extraktionsmittel kann sowohl einstufig als auch diskontinuierlich mehrstufig erfolgen, wobei eine Extraktionszeit von 5 Miouten pro Stufe ausreichend ist.

Die erfindungsgemäßen Extraktionsmittel besitzen gegenüber den bekannten Lösungen den Vorteil der Einsparung der Ausfällung des Produkts aus der Miscella, verbunden mit dem Vorteil einer niedrigeren Extraktionstemperatur, die Depolymerisationen am Produkt verhindert, den Vorteil der geringen Korrosivität der vorgeschlagenen Extraktionsmittel und den wesentlichen Vorteil der mehrfachen Verwendbarkeit der Miscella zur Extraktion neuer Biomassechargen, ohne eine zusätzliche Reinigungsstufe Zwischenschalten zu müssen. '

In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert. · ·

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Beispiel 1

20g einer sprühgetrockneten Bakterienbiomasse wurden mit 200g einer Mischung aus 80Ma.-% 1,2-Dichlorethan und 20Ma.-% Ethanol diskontinuierlich, vierstufig bei 50°C im Rührkessel extrahiert. \

Die Extraktionszeit betrug 5 Minuten pro Stufe. ^!

Die extrahierte Biomasse wurde heiß von der Miscella abgetrennt. Aus der Miscella fällt die PHB bei Abkühlung auf +2O⁰C aus, wird abfiltriert und getrocknet. Die Ausbeute betrug 5,9g, was einem Extraktionsgrad von 98,6% entspricht. Das Molekulargewicht beträgt MW = 189000.

Beispiel 2

200g sprühgetrocknete Bakterienbiomasse wurde mit 1000g einer Mischung aus 630g 1,2-Dichlorethan und 370g Ethanol 5 Minuten bei Siedehitze des Extraktionsmittels (70,5⁰C) im Rührkessel extrahiert. Abtrennung der Biomasse und Ausfällung der PHB erfolgten wie in Beispiel 1 beschrieben.

Die abgetrennte und von der gelösten PHB durch Ausfällung befreite Miscella wurde erneut zur Extraktion von 200g Biomasse eingesetzt. Auf diese Weise wurden insgesamt 1400g Biomasse mit einer Charge Azeotrop 1,2-Dichlorethan/Ethanol extrahiert. Die Lösungsmittelverluste von insgesamt 23% wurden jeweils vor der Extraktion durch Zugabe von frischem Azeotrop ersetzt. Die Ausbeute an PHB betrug insgesamt 397,7g, entsprechend einem Extraktionsgrad von 95%. Das Molekulargewicht der PHB beträgt MW= 205000.

Beispiel 3

50g sprühgetrocknete Bakterienbiomasse wurden mit 1000g einer Mischung aus 68Ma.-% 1,2-Dichlorethan und 32 Ma.-% . Methanol 5 Minuten bei 40⁰C im Rührkessel extrahiert. Abtrennung der Biomasse und Ausfällung der PHB aus der Miscella erfolgten anschließend, wie in Beispiel 1 beschrieben.

Die abgetrennte Miscella wurde nachfolgend noch 9x zur Extraktion frischer Bakterienbiomasse eingesetzt, so daß insgesamt 500g Biomasse mit einem Extraktionsmittelansatz, ohne zwischenzeitliche Regeneration des Extraktionsmittels extrahiert werden konnten. Lediglich die Extraktionsmittelverluste (insgesamt 21 %) wurden vor jeder Extraktion durch Zugabe frischen Extraktionsmittels ausgeglichen. Es wurden insgesamt 141,3g PHB, entsprechend einem Extraktionsgrad von 94,5% bei einem Molekulargewicht MW = 202000 erhalten.

Beispiel 4 ,

100g sprühgetrocknete Bakterienbiomasse wurden mit 500g einer Mischung aus 55Ma.-% 1,2 Dichlorethan und 45Ma.-% Methanol, vierstufig bei Siedehitze der Mischung im Rührkessel extrahiert. Die Extraktionszeit pro Stufe betrug 5 Minuten. Die Miscellen der 4 Stufen werden jeweils nach Abtrennung der Biomasse vereinigt und auf +20⁰C abgekühlt. Die ausgefallene PHB wurde abfiltriert und getrocknet. Die Ausbeute betrug 29,1 g PHB, entsprechend einem Extraktionsgrad von 97,2%. Das Molekulargewicht beträgt MW= 180000.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Gewinnung von Poly-ß-hycJroxybuttersäure aus getrockneten Bakterienbiomassen durch Extraktion mit Lösungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel Mischungen aus 1,2-Dichlorethan und Methanol oder < 1,2-Dichlorethan und Ethanol mit Alkoholgehalten von 20Ma.-% bis 45Ma.-%, bei Extraktionstemperaturen zwischen +40⁰C und+75⁰C, in einem Massenvehrältnis von 1:5 bis 1:20 angewendet werden und, daß die Ausfällung der Poly-ßhydroxybuttersäure durch Absenkung der Miscellatemperatur auf+2O⁰C erfolgt.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel vorzugsweise die in den Mischungsbereichen enthaltenen Azeotrope der Zusammensetzung 68Ma.-% 1,2-Dichlorethan und 32Ma.-% Methanol mit dem Siedepunkt bei +61 "Coder 63 Ma.-% 1,2-Dichlorethan und 37Ma.-% Ethanol rnitdem Siedepunkt bei +70,5⁰C, eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Miscella nach der Ausfällung der Poly-ß-hydroxybuttersäure ohne Regeneration erneut zur Extraktion eingesetzt wird.

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