FI114216B

FI114216B - Menetelmä polyhydroksialkanoaattien talteenottamiseksi käyttäen ilmaluokitusta

Info

Publication number: FI114216B
Application number: FI964786A
Authority: FI
Inventors: Isao Noda
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2004-09-15
Also published as: GR3030839T3; FI964786A0; CN1152944A; ES2133779T3; DE69510936T2; HK1013111A1; FI964786A; TW304883B; DK0763125T3; JPH10501133A; AU2649795A; EP0763125A1; ATE182362T1; BR9507814A; AU701441B2; CA2191570C; CA2191570A1; HU9603301D0; EP0763125B1; US5849854A

Description

114216

Menetelmä polyhydroksialkanoaattien talteenottamiseksi käyttäen ilmaluokitusta

Teknillinen alue 5 Tämä keksintö koskee menetelmiä tiettyjen kom ponenttien erottamiseksi muista biomassakomponenteista. Erityisemmin tämä keksintö koskee menetelmää polyhyderok-sialkanoaatin talteen ottamiseksi biologisesta järjestelmästä, kuten kasvista tai bakteereista, käyttäen ilma-10 luokittelua.

Tausta

Kulutustavarapolymeerit valmistetaan tyypillisesti petrokemiallisista raaka-aineista hyvin tunnetuilla syn-teesikeinoilla. Teknologian äskettäiset edistysaskeleet 15 ovat kuitenkin johtaneet uusiin lupaaviin kulutustavarapo- lymeerien lähteisiin. Erityisen lupaavaa on muovihartsien tuotanto käyttäen eläviä organismeja ("biomuovit"), mukaan lukien geneettisesti manipuloidut bakteerit ja viljelykasvit, jotka on suunniteltu tuottamaan sellaisia polymeerejä 20 kuten polyhydroksialkanoaattia (PHA); joukko bakteereja jotka tuottavat PHA: ta luonnostaan, ovat myös lupaavia ' « ·, PHA:n lähteitä. (Katso esimerkiksi julkaisu Novel Biode-

gradable Microbial Polymers, E.A. Dawes, toim., NATO ASI

I · . Series, Series E: Applied Sciences - Vol. 186, Kluwer Aca- ; 25 demic Publishers (1990); Poirier, Y. , D.E. Dennis, K.

·’ Klomparens ja C. Somerville, "Polyhydroxybutyrate, a bio- - · degradable thermoplastic, produced in transgenic plants", Science, Vol. 256, s. 520 - 523 (1992)). Suuren mittakaa-,, ’ van tuotannossa, esimerkiksi maanviljelystuotannossa, sa- : : 30 donkorjuu ja tällaisen biopolymeerin puhdistaminen biomas- saroskista on kriittinen vaihe määritettäessä tällaisen » · · teknologian käyttökelpoisuutta.

* ·

Polymeeristen lipidien kuten PHA:n erottaminen suu-ren mittakaavan biologisesta lähteestä, kuten maanvilje-: 35 lyksen sadosta, ei ole yksinkertainen tehtävä. Tavanomai- 2 114216 set erotusmenetelmät joita käytetään laajalti matalan moolimassan lipidien uuttamisessa, eivät ole käytännöllisiä käytettäviksi hartsin erotusmenetelmässä. Esimerkiksi yksinkertainen mekaaninen puristin on epäkäytännöllinen kos-5 ka toisin kuin erotettaessa kasviöljyjä öljysiemenistä, ei kiinteitä muoveja voida puristaa vijasta mekaanisella puristuksella .

Uutto liuottimena on myös epäkäytännöllistä useista syistä. Polymeerin liuos kehittää erittäin korkean visio kositeetin, myös suhteellisen matalassa pitoisuudessa, siten tehden liuoksen kanssa työskentelyn äärimmäisen vaikeaksi. Lisäksi liuoksen strippaaminen polymeeristä on hidas ja vaikea prosessi. Tavallisesti PHA:n uuttamisessa bakteereista käytetty liuotin on kloroformi. Suuren määrän 15 tällaista liuotinta käyttäminen on kuitenkin mahdollisesti haitallista terveydelle ja ympäristölle ja sen äkillinen vapautuminen sadonkorjuupaikan lähistöllä olisi ei-toivottavaa .

PHA:n erottaminen sedimentointimenetelmillä pitäisi 20 periaatteessa olla mahdollista. Yksinkertainen gravitaa-tiovoiman (1 G-voima) vaikutuksesta tapahtuva laskeuttami-nen nestemäisessä suspendoivassa väliaineessa on kuitenkin itse asiassa melko epäkäytännöllistä. Laskeutumisnopeus on > · äärimmäisen hidasta. Lisäksi tällaista hidasta laskeutu-' ; 25 mistä häiritsee helposti partikkeleita ympäröivän suspen- doivan nesteen molekyylien lämpöliikkeen aiheuttama hieno-‘ jen PHA-partikkeleiden Brownin liike. Lisäksi pitkähkö ajanjakso joka tarvitaan erittäin hienojen PHA-partikke-leiden laskeuttamiseen, tuo mukanaan bakteerikontaminaati-: : 30 on ongelman ja siitä seuraavan partikkelisuspension bioha- joamisen.

Edellä olevaan perustuen on olemassa tarve yksin-kertaiseen ja taloudelliseen menetelmään biomuovien tal-*t·.1 teenottamiseksi suuren mittakaavan biologisesta lähteestä.

35 Tällainen menetelmä olisi edullisesti helposti sovitetta- 3 114216 vissa kiinteäksi osaksi biomuovien tuottamista maataloudessa .

Tämän vuoksi tämän keksinnön kohteena on tuottaa menetelmä biomuovien talteenottamiseksi biologisesta läh- 5 tömateriaalista.

Yhteenveto Tämä keksintö koskee menetelmää polyhydroksialkano-aatin talteen ottamiseksi polyhydroksialkanoaattia sisältävästä biologisesta lähtömateriaalista, menetelmän käsit- 10 täessä: a) biologisen lähtömateriaalin hienontamisen; b) biologisen lähtömateriaalin ilmaluokittelun siten että polyhydroksialkanoaattipartikkelit erottuvat muista biologisen lähtömateriaalin komponenteista; ja c) polyhydrok-sialkanoaatin talteen ottamisen.

15 Lyhyt kuvaus piirroksesta

Kuvio 1 on lohkokaavio joka kuvailee tämän keksinnön suoritusmuotoa polyhydroksialkanoaatin talteen ottamiseksi biologisesta lähtömateriaalista. Kuvatussa suoritusmuodossa polyhydroksialkanoaatti erottuu lopullisesti 20 toisesta karkeasta fraktiosta.

Yksityiskohtainen kuvaus » Tämä keksintö vastaa tarpeeseen menetelmästä biomuovien erottamiseksi biologisesta lähtömateriaalista.

Seuraavassa on luettelo tässä käytettyjen termien ‘ ; 25 määritelmistä.

; "Ilmaluokittelu" tarkoittaa kiinteiden partikkelei- den erottamista painon ja/tai koon mukaan, suspendoimalla ja laskeuttamalla niitä ilmavirrassa jonka nopeus on sopi-·'* va, ilmalla leijutettuina partikkelimaisina tuotteina.

·, _·* 30 Ilmaluokittelu voidaan saada aikaan pudottamalla erotetta- :·. vat partikkelit torniin jossa on tällainen ilmavirtaus.

Ilmaluokittelu voidaan suorittaa myös käyttäen sykloniero-tinta. Sykloninen keräin on kiinteä laite jossa ei ole liikkuvia osia, ja joka muuttaa sisään tulevan kaasuvirran 35 pyörteeksi. Kaasuvirrassa oleviin partikkeleihin vaikutta- 4 114216 va keskipakoisvoima aiheuttaa partikkeleiden kulkeutumisen ulkoseinämälle, jossa ne kerätään inertiapysäytyksen avulla. (Katso esimerkiksi KIRK-OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, 3rd ed., Voi. 1, s. 649 - 716).

5 "Käsittää" tarkoittaa että muitakin vaiheita ja muita aineksia jotka eivät vaikuta lopputulokseen, voidaan lisätä. Tämä termi sisältää termit "sisältää" ja "sisältää olennaiselta osin".

"μ" tarkoittaa mikronia.

10 "Polyhydroksialkanoaatti" ja "PHA" tarkoittavat polymeeriä jolla on seuraava yleinen rakenne:

R O

' v A

15 0 {C^m

Jn jossa R on edullisesti alkyyli tai alkenyyli, m on 1 tai 2 ja n on kokonaisluku. Sulkujen sisältämästä rakenteesta 20 käytetään yleisesti nimitystä toistuva yksikkö. Termit ,·, polyhydroksialkanoaatti ja PHA käsittävät polymeerit jotka I » '! sisältävät yhden tai useamman erilaisen toistuvan yksikön.

’ Esimerkkejä edullisista PHA:sta jotka ovat erotettavissa tämän keksinnön mukaisella menetelmällä ovat ne joita on ' 25 kuvattu US-patenttihakemuksessa sarjanumero 08/187 969, : .· Noda, päivätty 28. tammikuuta 1994; US-patenttihakemukses- • ' sa sarjanumero 08/188 271, Noda, päivätty 28. tammikuuta 1994; US-patenttihakemuksessa sarjanumero 08/189 029, No-·· da, päivätty 28. tammikuuta 1994; sekä eurooppalaisessa 30 patenttihakemuksessa sarjanumero 533 144, Shiotani ja Ko-bayashi, julkaistu 24. maaliskuuta 1993.

: ” "Polyhydroksialkanoaatin talteenottaminen biologi- sesta lähtömateriaalista", sen lisäksi että se viittaa ; tietyn sellaisen biologisen lähtömateriaalin joka tuottaa 35 yhtä ainoaa PHA-.ta, tuottaman PHA-.n talteen ottamiseen, 5 114216 viittaa myös yhden tai useamman PHA-tyypin talteenottami-seen silloin kun biologinen lähtömateriaali tuottaa useamman kuin yhden tyyppistä PHA:ta.

"Alkyyli" tarkoittaa hiiltä sisältävää ketjua joka 5 voi olla suora, haaroittunut tai syklinen, edullisesti suora; substituoitu (mono- tai poly-) tai substituoimaton; ja tyydyttynyt.

"Alkenyyli" tarkoittaa hiiltä sisältävää ketjua joka voi olla suora, haaroittunut tai syklinen, edullises-10 ti suora; substituoitu (mono- tai poly-) tai substituoimaton; ja monotyydyttymätön (eli yksi kaksois- tai kolmois-sidos ketjussa), tai polytyydyttymätön (eli kaksi tai useampia kaksoissidoksia ketjussa, kaksi tai useampia kol-moissidoksia ketjussa, tai yksi tai useampia kaksoissidok-15 siä tai yksi tai useampia kolmoissidoksia ketjussa).

Tämä keksintö koskee menetelmää polyhydroksialkano-aatin talteen ottamiseksi (eli eristämiseksi) polyhydrok-sialkanoaattia sisältävästä biologisesta lähtömateriaalista, menetelmän käsittäessä: a) biologisen lähtömateriaalin 20 hienontamisen; b) biologisen lähtömateriaalin ilmaluokit-telun siten että polyhydroksialkanoaattipartikkelit erot-tuvat muista biologisen lähtömateriaalin komponenteista; * ja c) polyhydroksialkanoaatin talteen ottamisen.

I ·

Biologinen lähtömateriaali ' 25 Lähteitä joista PHA:ta erotetaan tämän keksinnön » mukaisella menetelmällä ovat yksisoluiset organismit kuten ‘ bakteerit tai sienet, sekä korkeammat organismit kuten kasvit (tässä käytetään yhteisesti nimitystä "biologinen ; lähtömateriaali" tai "BSM" [biological source material]).

3 0 Vaikka tällaiset BSM:t saattavat olla villinä esiintyvän tyyppisiä organismeja, ovat ne edullisesti geneettisesti ·, , manipuloituja lajeja jotka on erityisesti suunniteltu tie- '· tyn kasvattajaa kiinnostavan PHA:n tuotantoon. Tällaiset ; geneettisesti manipuloidut organismit on saatu aikaan si- 35 säilyttämällä niihin yhden tai useamman PHA:n tuottamiseen t I » 6 114216 tarvittava geneettinen informaatio. Tällainen geneettinen informaatio on tyypillisesti saatu bakteereista jotka tuottavat PHArta luonnostaan.

Tässä keksinnössä käyttökelpoisia kasveja ovat 5 mitkä tahansa geneettisesti muunnellut kasvit jotka on suunniteltu tuottamaan PHA:ta. Edullisia kasveja ovat maatalouden satokasvit kuten viljanjyvät, öljysiemenet ja mu-kulakasvit; edullisemmin avokado, ohra, juurikkaat, härkäpapu, tatar, porkkana, kookospähkinä, kopra, maissi, puu-10 villansiemen, pullokurpitsa, linssit, limanpapu, hirssi, mungopapu, kaura, öljypalmu, herneet, maapähkinä, peruna, kurpitsa, rapsi (esim. canola), riisi, durra, soijapapu, sokerijuurikas, sokeriruoko, auringonkukka, makea peruna, tupakka, vehnä ja jamssi. Tällaisia geneettisesti muunnel-15 tuja hedelmäkasveja jotka ovat käyttökelpoisia tässä keksinnössä, ovat, vaikkakaan ne eivät rajoitu näihin, omena, aprikoosi, banaani, kukkaromeloni, kirsikat, viinirypäleet, kumkvatti, sitruuna, limetti, appelsiini, papaija, persikat, päärynä, ananas, tangeriinit, tomaatti ja vesi-20 meloni. Kasvit on edullisesti geneettisesti muunneltu ,· tuottamaan PHA:ta niiden menetelmien mukaisesti jotka on : kuvattu Poirier, Y:n, D.E. Dennisin, K. Klomparensin ja C.

Somervillen artikkelissa "Polyhydroxybutyrate, a biodegra-j. dable thermoplastic, produced in transgenic plants", . Λ 25 SCIENCE, Voi. 256, s. 520 - 523 (1992); US-patentti- hakemuksessa sarjanumero 08/108 193, Somerville, Nawrath • * » ja Poirier, päivätty 17. elokuuta 1993; ja US-patentti- , hakemuksessa sarjanumero 07/732 243, Somerville, Poirier • » · ·;;; ja Dennis, päivätty 19. heinäkuuta 1991. Erityisen edulli- * » *·..* 30 siä kasveja ovat soijapapu-, peruna-, maissi- ja kookos- kasvit jotka on geneettisesti muunnettu tuottamaan PHA-. ta.

Tässä keksinnössä käyttökelpoisia bakteereja ovat *, mitkä tahansa geneettisesti muunnellut bakteerit jotka on suunniteltu tuottamaan PHA:ta, samoin kuin bakteerit jotka » · *···* 35 tuottavat PHA:ta luonnostaan. Esimerkkejä tällaisista bak- 7 114216 teereista ovat ne joita on kuvattu julkaisussa NOVEL BIODEGRADABLE MICROBIAL POLYMERS, E.A. Dawes, ed., NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences - Vol. 186, Kluwer Academic Publishers (1990); US-patentissa 378 155, Peoples ja 5 Sinskey, myönnetty 27. joulukuuta 1989; US-patentissa 5 250 430, Peoples ja Sinskey, myönnetty 5. lokakuuta 1993; US-patentissa 5 245 023, Peoples ja Sinskey, myönnetty 14. syyskuuta 1993; US-patentissa 5 229 279, Peoples ja Sinskey, myönnetty 20. heinäkuuta 1993.

10 On edullista että BSM sisältää riittävän määrän PHA:ta jotta prosessista tulee taloudellisesti toivottava. PHA:n alkupitoisuus lähtömateriaalissa tulisi olla ainakin noin 5 % kuiva-aineen kokonaismäärästä; edullisemmin ainakin noin 25 %; edullisemmin ainakin noin 50 %; ja vieläkin 15 edullisemmin ainakin noin 75 %.

Erotusmenetelmä BSM-.ssä esiintyvien PHA-partikkeli en koko vaihtelee riippuen monista tekijöistä, mukaan lukien BSM:n tyypin sekä ne kohdat joihin PHA on varastoituneena BSM:ssä. Tu-20 loksena tästä se ilmaluokittelufraktio (hieno tai karkea) , josta PHA lopulta otetaan talteen, vaihtelee riippuen PHA- partikkeleiden koosta suhteessa BSM:n muiden komponenttien partikkelikokoon.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä tuottaa saantona 25 edullisesti vähintään noin 70 % lähtömateriaalin PHA-.sta, edullisemmin vähintään noin 80 %, vieläkin edullisemmin • * vähintään noin 90 %.

Edullisesti vähintään noin 85 % tämän keksinnön ;* mukaisen menetelmän erottaman PHA-rikkaan fraktion kuiva- 30 painosta on PHA:ta, edullisemmin vähintään noin 95 %, vieläkin edullisemmin vähintään noin 99 %.

A. PHA:n erottaminen hienosta fraktiosta PHA:ta muodostuu tyypillisesti BSM:ssä partikkelei-:: : na joiden halkaisija on noin 1 μ. 1 μη koossa PHA-partik- 35 kelit ovat tyypillisesti kooltaan eräs pienimpiä kompo- β 114216 nentteja BSM:ssä, erityisesti verrattuna proteiini- ja hiilihydraattipartikkeleihin.

Eräässä tämän keksinnön suoritusmuodossa BSM jauhetaan hienoksi esimerkiksi tappimyllyssä, siten että aina-5 kin noin 90 % partikkeleista on halkaisijaltaan ainakin pienempiä kuin 100 μ, kuten tappimyllyssä. Sitten hienonnettu BSM ilmaluokitellaan tuottaen hieno fraktio joka sisältää jauhetun BSM:n hienommat partikkelit (edullisesti ainakin noin 90 % on halkaisijaltaan noin 1 μ) sekä karkea 10 fraktio joka sisältää BSM:n suuremmat partikkelit. Tässä keksinnössä käyttökelpoiset ilmaluokittimet käsittävät edullisesti partikkeleiden syötön roottoriin sekoittamalla ne ilmavirtaan joka virtaa suoraan roottorin läpi. Roottorin aiheuttama keskipakoisvoima siirtää karkeat partikke-15 lit roottorin seinämille. Hienot partikkelit menevät roottorin läpi ilmavirran mukana koska niiden massan suhde kokoon on pienempi. Ilman virtausnopeus ja roottorin nopeus ovat tärkeitä muuttujia jotka vaihtelevat riippuen erotettavasta materiaalista ja käytettävästä ilmaluokitti-20 mesta. Yleensä hienossa fraktiossa on suurempi PHA-pitoi-suus. Hienojauhatus ja ilmaluokitus voidaan saada aikaan i · millä tahansa helpolla menetelmällä. Esimerkiksi Pfeiffer, * · 1 V.F.:n, A.C. Stringfellowsin ja E.L. Griffin, Jr:n julkai-'1 su "Fractionating Corn, Sorghum and Soy Flours by Fine !' 25 Grinding and Air Classification", AMERICAN MILLER AND PRO- • ,1 CESSOR, Elokuu 1960, s. 11 - 13, 24, kuvaa erästä tunnet- ' tua menetelmää hienojauhatuksen ja ilmaluokituksen suorit tamiseksi. Tässä kohti hieno fraktio voidaan sitten pestä ·· vedellä tai 20 - 80-%:isella metanolin, etanolin tai iso- 30 propanolin vesiliuoksella. Liuottimen suhde BSM:ään on I ί · edullisesti noin 4:1 - noin 20:1. Kiinteä PHA-pitoinen • » • 2 konsentraatti voidaan erottaa nestemäisestä emäliuoksesta suodattamalla, sentrifugoimalla tai millä tahansa muulla : sopivalla menetelmällä.

i t i · 2 • · • » · 9 114216 B. PHA:n erottaminen "toisesta karkeasta fraktiosta"

Toisessa tämän keksinnön suoritusmuodossa, erityisesti silloin kun BSM:ssä esiintyvät PHA-partikkelit eivät 5 ole välttämättä kaikkein pienikokoisimpia partikkeleita, voidaan PHA-partikkelit erottaa seuraavalla prosessilla: Kuvioan 1 viitaten BSM (1) jauhetaan hienojakoiseksi siten että ainakin noin 90 % partikkeleista on halkaisijaltaan ainakin alle noin 100 μ. Sitten hienonnetulle BSM:lie suo-10 ritetaan ensimmäinen ilmaluokitusvaihe tuottaen ensimmäinen hieno fraktio joka on noin 60 - 90 paino-% (2) sekä ensimmäinen karkea fraktio (3) joka hävitetään tai kierrätetään. 60 - 90 %:n alue mahdollistaa paremman tasapainon saannon ja korkean PHA-pitoisuuden välillä. Kun haluttu 15 PHA-pitoisuus kohoaa, pienenee saatavan konsentraatin määrä .

Edellä saatun esimmäinen hieno fraktio (2) jauhetaan sitten ultrahienoksi, edullisesti fluidienergiamyl-lyllä siten että vähintään noin 90 % partikkeleista on 20 halkaisijaltaan alle noin 20 μ. Täryenergiamyllyä tai muu-. ta sopivaa laitteistoa voidaan myös käyttää. Suurempi ko- ; korajoitus mahdollistaa nyt hyvän erottumisen seuraavassa ; ·* ilmaluokitteluvaiheessa.

: “ Sitten ultrahienoksi jauhetulle BSM:lie suoritetaan 25 toinen ilmaluokitusvaihe. Toinen karkea fraktio (5) joka on noin 50 - noin 90 %, erotetaan. Toinen hieno fraktio : (4) hävitetään tai kierrätetään. Alue 50 - 90 % on edulli nen koska se mahdollistaa paremman tasapainon saannon ja · PHA-pitoisuuden välillä. Toisen karkean fraktion (5) , joka ti:* .··. 30 on ilmaluokitteluvaiheiden lopullinen tuote, tulisi käsit- • * tää noin 30 - noin 80 % alkuperäisen lähtö-BSM:n painosta, • ” edullisemmin noin 40 - noin 60 %. Jos nämä kaksi ilmaluo- kitteluvaihetta suoritetaan edellä kuvatuissa olosuhteis- ; sa, on lopputuotetta edullisesti noin 30 - 80 %. Tämä alue • » » .**·, 35 tuottaa jälleen edullisen tasapainon saannon ja korkean • · 10 114216 pitoisuuden välillä. Mikäli saadaan korkeampia saantoja, PHA-taso alenee. On mahdollista saavuttaa erittäin korkeita PHA-pitoisuuksia, mutta pieni saanto tekee tämän epätaloudelliseksi .

5 Sitten toinen karkea fraktio (5) pestään vedessä tai 20 - 80-paino-%:sessa metanolin, etanolin tai isopropanolin vesiliuoksessa. Liuottimen suhde BSM:ään on edullisesti noin 4:1 - noin 20:1. Kiinteä PHA-pitoinen kon-sentraatti voidaan erottaa nestemäisestä emäliuoksesta 10 suodattamalla, sentrifugoimalla tai millä tahansa muulla sopivalla menetelmällä.

Tämä menetelmä tuottaa PHA-konsentraattia joka sisältää vähintään noin 70 % PHA:ta, edullisemmin ainakin noin 80 % PHA:ta, edullisemmin ainakin noin 85 % PHA:ta, 15 edullisemmin ainakin noin 90 % PHA:ta, vieläkin edullisemmin ainakin noin 90 % PHA:ta.

Jotta saataisiin PHA-konsentraattia jossa on vieläkin vähemmän ei-toivottua materiaalia, ensimmäinen hieno fraktio ilmaluokitellaan uudelleen; tällä kertaa poiste-20 taan toinen karkea fraktio joka sisältää PHA:n. Toinen . hieno fraktio sisältää joitakin hienompia ei-toivottuja j materiaaleja. Edullisemmin hieno fraktio ensimmäisestä 1 1 ilmaluokitusvaiheesta, ensimmäinen hieno fraktio (2), jau-i “ hetaan ultrahienoksi ja sen jälkeen ilmaluokitellaan uu- ..25 delleen. PHA:ta on tämän toisen ilmaluokittelun karkeassa v fraktiossa, eli toisessa karkeassa fraktiossa (5). Halu- ! amatta sitoutua teoriaan, uskotaan että ei-toivotut mate riaalit joita jää ensimmäiseen hienoon fraktioon ensimmäi-L sen ilmaluokitteluvaiheen jälkeen ja jotka normaalisti 30 eivät erotu PHA:sta tämän vaiheen aikana, erottuvat PHA:sta toisen ilmaluokitteluvaiheen aikana kun ensimmäi- • 1 • 1' nen hienofraktio jauhetaan ultrahienoon partikkelikokoon ·...1 ennen sen ilmaluokittelua toiseen kertaan.

» • 1 114216 C. Sen fraktion (hieno tai karkea) säätäminen, josta PHA otetaan talteen

Muita tämän keksinnön suoritusmuotoja ovat suhteellisten BSM-komponenttien partikkelikokojen manipulointi 5 muuttelemalla jauhatusastetta ennen ilmaluokittelu(j)a. Tällaista koon manipulointia helpottaa se että PHA ei absorboi vettä kun taas sellaiset komponentit kuten proteiinit ja hiilihydraatit absorboivat. Mikäli ennen ilma-luokittelua on toivottavaa että PHA-partikkelit ovat pie-10 nempiä kuin muut BSM:n komponentit, hydratoidaan BSM vedellä. Hydratoinnin jälkeen BSM:lie suoritetaan jauhatus. Hydratoituneet komponentit on vaikeampi jauhaa erittäin hienoiksi partikkeleiksi, kun taas PHA (joka ei ole hydra-toitunut) on helppo jauhaa pieniksi partikkeleiksi. Täl-15 laisessa menettelytavassa suurin osa PHA-partikkeleista on hienossa fraktiossa.

Vaihtoehtoisesti BSM voidaan kuivata. Tässä tilassa muut komponentit voidaan jauhaa partikkeleiksi jotka ovat paljon pienempiä kuin PHA. Tässä menettelyssä suurin osa 20 PHA-partikkeleista on karkeassa fraktiossa.

Kaikki prosenttiosuudet ovat koostumuksen kokonaispainon mukaan ellei muuta ole erityisesti mainittu.

I » Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä erotetut : * PHA:t ovat käyttökelpoisia muodostettaessa erilaisia muo- ,, 25 vikappaleita, mukaan lukien ne joita on kuvattu US-patent- : : tihakemuksessa sarjanumero 08/187 969, Noda, päivätty 28.

: : tammikuuta 1994; US-patenttihakemuksessa sarjanumero 08/188 271, Noda, päivätty 28. tammikuuta 1994; sekä US-patenttihakemuksessa sarjanumero 08/189 029, Noda, päi- 30 vätty 28. tammikuuta 1994. Tällaisia muovikappaleita ovat, • · V vaikkakaan ei näihin rajoittuen, kalvot, levyt, vaahdot,

• I

! " kuidut, nonvowen-tekstiilit, elastomeerit, liima sekä muo- vatut kappaleet. Tällaisia muovikappaleita voidaan lisäksi , ,·. sisällyttää moniin käyttökelpoisiin tuotteisiin mukaan ,···, 35 lukien, vaikkakaan ei näihin rajoittuen, henkilökohtaiset 12 114216 puhdistusliinat; kertakäyttöiset terveydenhoitotuotteet kuten siteet, haavasiteet, haavanpuhdistustyynyt, kirurgiset kaavut, kirurgiset peitteet, kirurgiset tyynyt; muut laitosten ja terveydenhuollon kertakäyttötuotteet kuten 5 kaavut, pyyhkeet, tyynyt, petaustarvikkeet kuten lakanat ja tyynyliinat, sekä vaahtopatjat.

Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit kuvaavat tämän keksinnön mukaisia menetelmiä.

Esimerkki 1 10 Poly (3 - hydroks ibutyraatti- ko - 3 - hydroksioktanoaat in) erottaminen maissista

Maissinsiemeniä (corn), geneettisesti muunnetusta maissikasvista, jotka sisälsivät poly(3-hydroksibutyraat-ti-ko-3-hydroksioktanoaattia) jauhettiin vasaramyllyllä 15 hiutaleiden muodostamiseksi. Hiutaleiden sisältämät matalan moolimassan lipidit ja öljyt poistettiin ensin puristamalla hiutaleita ja sitten ne uutettiin käyttäen liuottimena heksaania ja pestiin 40 % vesi / 60 % etanoliseok-sella muiden liukoisten komponenttien kuten sokerien pois-20 tamiseksi. Tuloksena olevat rasvattomat ja sokerittomat maissihiutaleet jauhettiin hienoksi käyttäen fluidiener- t giamyllyä (Fluid Energy Aljet, Plumsteadville, PA, USA) ' syöttönopeudella 100 g/min siten että 90 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 10 μ ja 40 % oli halkaisijaltaan 25 alle noin 2 μ. Tämä jauhettu näyte ilmaluokiteltiin käyt-: täen ilmaluokitinta (Alpine 100 MZR, Summit, NJ, USA) ; ; tuottaen 46 % hienoa fraktiota ja 54 % karkeaa fraktiota jossa 9 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 15 μ ja alle noin 10 % oli halkaisijaltaan alle 2 μ. Ilman vir-'t 30 tausnopeus oli 37 m3/h ja roottorin pyörimisnopeus oli i i 13 000 kierrosta minuutissa. Sitten hienolle fraktiolle I I I ♦ : '* suoritettiin kloroformiuutto jota seurasi metanolisaostus ·...·' tuot taenpoly (3 - hydroks ibutyraat ti-ko-3-hydroksioktanoaat - . ti)-partikkeleita joiden puhtaus oli noin 85 % tai kor- » » 13 114216 keampi, ja saanto noin 80 % tai korkeampi suhteessa lähtö-materiaaliin.

Esimerkki 2

Poly (3 - hydroks ibuty r aa 11 i - ko - 3 - hydroks iheks anoaa -5 tin) erottaminen tupakasta

Kuivattuja geneettisesti muunnetun tupakkakasvin lehtiä jotka sisälsivät poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksioktanoaattia) jauhettiin hienoksi siten että 90 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 60 μ käyttäen jyr-10 sinmyllyä (Alpine Kolloplex 160 Mill, Summit, NJ, USA) . Lehtien sisältämät matalan moolimassan komponentit poistettiin ennen jauhatusta käyttäen liuottimena heksaania ja pestiin 40 % vesi / 60 % etanoli-seoksella muiden liukoisten komponenttien poistamiseksi. Jauhamisen jälkeen tupa-15 kanlehtijauho ilmaluokiteltiin käyttäen laboratoriomitta kaavan ilmaluokitinta (Alpine 100 MZR, Summit, NJ, USA) jolloin saatiin 75 %:n ensimmäinen hieno fraktio jossa 90 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 40 μ, sekä 26,5 % ensimmäistä karkeaa fraktiota. Ilman virtausnopeus 20 oli 45,25 m /h ja roottorin pyörimisnopeus oli 4 750 kierrosta minuutissa. Ensimmäinen hieno fraktio jauhettiin : siten että 90 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle ; noin 15 μ ja 40 % oli halkaisijaltaan alle 4 μ, käyttäen fluidienergiamyllyä (Fluid Energy Aljet, Plumsteadville, 25 PA, USA) syöttönopeudella 100 g/min. Tämä jauhettu näyte ilmaluokiteltiin uudelleen siten että saatiin 46 % toista ;; hienoa fraktiota ja 54 % toista karkeaa fraktiota jossa *·’ 9 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 15 μ ja alle noin 10 % oli alle 4 μ. Ilman virtausnopeus oli 37 m /h ja 30 roottorin pyörimisnopeus oli 13 000 kierrosta minuutissa. Kukin näistä fraktioista (ensimmäinen karkea, toinen kar-y, kea sekä toinen hieno fraktio) pestiin sitten huoneen läm- ,··*, Potilassa 1 tunnin ajan vedellä käyttäen 10:1 vesi etupa- • t • kanlehtijauhe-suhdetta. Seos sentrifugoitiin ja erotettu 35 jäännös pestiin uudelleen samalla tavalla käyttäen 5:1 • · • · * 14 114216 vesi:tupakaniehtijauhe-suhdetta. Jäännös erotettiin uudelleen sentrifugoimalla ja sitten se pakastekuivattiin. Poly (3 -hydroksibutyraatti-ko-3 -hydroksiheksanoaatti) erotettiin kustakin fraktiosta kloroformiuutolla jota seurasi 5 metanolisaostus.

Esimerkki 3

Poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksivaleraatin) erottaminen soijapavuista

Geneettisesti muunnetun soijapapukasvin jyviä jotka 10 sisälsivät poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksivale- raattia) jauhettiin vasaramyllyllä hiutaleiden muodostamiseksi. Hiutaleiden sisältämät matalan moolimassan lipidit ja öljyt poistettiin ensin puristamalla hiutaleita ja sitten ne uutettiin käyttäen liuottimena heksaania. Sitten 15 hiutaleet pestiin 40 % vesi / 60 % etanoliseoksella muiden liukoisten komponenttien kuten sokerien poistamiseksi. Tuloksena olevat rasvattomat ja sokerittomat hiutaleet kostutettiin osittain kosteustasolle 15 % sekoittamalla ne ennalta määrättyyn vesimäärään suljetussa astiassa 20 65 °C:ssa kolmen tunnin aikana. Sitten hiutaleet jauhet tiin hienoksi käyttäen fluidienergiamyllyä (Fluid Energy : : ; Aljet, Plumsteadville, PA, USA) syöttönopeudella 100 g/min : siten että 60 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle ;· 100 μ ja 30 % oli halkaisijaltaan alle 30 μ. Seuraavaksi 25 tämä jauhettu näyte ilmaluokiteltiin käyttäen ilmaluoki- ’ _ tinta (Alpine 100 MZR, Summit, NJ, USA) tuottaen 26 % hie- i t noa fraktiota ja 74 % karkeaa fraktiota jossa 19 % partik-‘ keleistä oli halkaisijaltaan yli 150 μ ja alle noin 10 % oli halkaisijaltaan yli 300 μ. Ilman virtausnopeus oli 30 38 m /h ja roottorin pyörimisnopeus oli 13 000 kierrosta *,,,· minuutissa. Sitten hienolle fraktiolle suoritettiin kloro- j’. t formiuutto jota seurasi metanolisaostus tuottaen poly(3- .··. hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksivaleraatti) -partikkeleita * joiden puhtaus oli noin 85 % tai korkeampi, ja saanto noin *·*·' 35 80 % tai korkeampi suhteessa lähtömateriaaliin.

• · * * * 15 114216

Esimerkki 4

Poly (3 -hydroksibutyraatti -ko- 3 -hydroksidekanoaatin) erottaminen kookospähkinöistä

Kookospähkinän siemeniä, geneettisesti muunnetusta 5 kookospalmukasvista, jotka sisälsivät poly(3-hydroksibuty-raatti-ko-3-hydroksidekanoaattia) silputtiin ohuiden hiutaleiden muodostamiseksi. Hiutaleiden sisältämät matalan moolimassan lipidit ja öljyt poistettiin käyttäen ensin liuottimena heksaania ja pesemällä käyttäen 40 % vesi / 10 60 % etanoliseosta muiden liukoisten komponenttien kuten sokereiden poistamiseksi. Tuloksena olevat rasvattomat ja sokerittomat kookoshiutaleet kuivattiin hyvin kosteuspitoisuuteen alle 1,5 % alipaineuunilla kuudentoista tunnin aikana. Sitten hiutaleet jauhettiin hienoksi käyttäen 15 fluidienergiamyllyä (Fluid Energy Aljet, Plumsteadville, PA, USA) syöttönopeudella 100 g/min siten että 30 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 15 μ ja alle noin 10 % oli halkaisijaltaan alle 5 μ. Seuraavaksi tämä jauhettu näyte ilmaluokiteltiin käyttäen ilmaluokitinta (Al-20 pine 100 MZR, Summit, NJ, USA) tuottaen 38 % hienoa fraktiota ja 62 % karkeaa fraktiota. Ilman virtausnopeus oli «j . 32 m /h ja roottorin pyörimisnopeus oli 14 000 kierrosta minuutissa. Sitten hienolle fraktiolle suoritettiin kloro- ,· , formiuutto jota seurasi metanolisaostus tuottaen poly(3- 25 hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksidekanoaatti)-partikkeleita ' joiden puhtaus oli noin 95 % tai korkeampi, ja saanto noin * · » *;;; 85 % tai korkeampi suhteessa lähtömateriaaliin.

*·* Esimerkki 5

Poly(3-hydroksibutyraatin) erottaminen A. eutro-..)* 3 0 phusista

Alcaligenes eutrophus -viljelmää joka luonnostaan tuottaa poly(3-hydroksibutyraattia) käsiteltiin ultraääni- ‘...^ laitteella (Branson Ultrasonics Corp., Danbury, CT, USA) • · tuottaen suspensioseos joka sisälsi hienoja poly(3-hydrok-35 sibutyraatti) rakeita joiden keskimääräinen partikkelikoko • » 16 114216 oli alle 1 μ sekä muuta bakteerien biomassan ainesta, kiintoaineen osuuden ollessa noin 20 paino-%. Sitten suspensio pakastekuivattiin ja sen jälkeen jauhettiin käyttäen fluidienergiamyllyä (Fluid Energy Aljet, Plumsteadvil-5 le, PA, USA) syöttönopeudella 100 g/min siten että 90 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 5 μ. Seuraavaksi jauhettu näyte ilmaluokiteltiin käyttäen ilmaluokitinta (Alpine 100 MZR, Summit, NJ, USA) . Ilman virtausnopeus oli •a 34 m /h ja roottorin pyörimisnopeus oli 12 000 kierrosta 10 minuutissa. Sitten hienolle fraktiolle suoritettiin kloro-formiuutto jota seurasi metanolisaostus tuottaen poly(3-hydroksibutyraatti)-partikkeleita joiden puhtaus oli noin 95 % tai korkeampi, ja saanto noin 85 % tai korkeampi suhteessa lähtömateriaaliin.

15 Esimerkki 6

Poly (3-hydroksibutyraatti-ko-3 -hydroksiheptanoaa-tin) erottaminen E. coliista E. coli -viljelmää joka oli geneettisesti manipuloitu tuottmaan poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksi-20 heptanoaattia) käsiteltiin ultraäänilaitteella (Branson Ultrasonics Corp., Danbury, CT, USA) tuottaen suspensio-. seos joka sisälsi hienoja poly (3-hydroksibutyraatti-ko-3- ,·. hydroksiheptanoaatti) -rakeita joiden keskimääräinen par tikkelikoko oli 2 μ sekä muuta bakteerien biomassan aines-. 25 ta, kiintoaineen osuuden ollessa noin 5 paino-%. Sitten suspensio pakastekuivattiin ja sen jälkeen jauhettiin käyttäen fluidienergiamyllyä (Fluid Energy Aljet, Plumste-' adville, PA, USA) syöttönopeudella 100 g/min siten että 90 % partikkeleista oli halkaisijaltaan alle 5 μ. Seuraa-,/·’ 30 vaksi jauhettu näyte ilmaluokiteltiin käyttäen ilmaluoki- : : tinta (Alpine 100 MZR, Summit, NJ, USA). Ilman virtausno- ;·] peus oli 34 m3/h ja roottorin pyörimisnopeus oli 12 000 kierrosta minuutissa. Sitten hienolle fraktiolle suoritet- « · tiin kloroformiuutto jota seurasi metanolisaostus tuottaen 35 poly (3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksiheptanoaatti) -par- 17 114216 tikkeleita joiden puhtaus oli noin 97 % tai korkeampi, ja saanto noin 90 % tai korkeampi suhteessa lähtömateriaaliin.

Kaikki edellä mainitut julkaisut ja patenttihake-5 mukset sisällytetään tähän kokonaisuudessaan viitteinä.

Edellytetään että tässä kuvatut esimerkit ja suoritusmuodot ovat ainoastaan kuvaustarkoitukseen ja että alan tuntija tulee niiden valossa esittämään erilaisia modifikaatioita ja muutoksia ja ne tulee sisällyttää tämän palo tenttihakemuksen henkeen ja pääkohtiin sekä liitteenä olevien patenttivaatimusten suojapiiriin.

* 1 » « t • 1 · « · • · 1 tl»

• I

♦ 1 • ·

Claims

114216

1. Menetelmä polyhydroksialkanoaatin talteen ottamiseksi biologisesta lähtömateriaalista joka sisältää po- 5 lyhydroksialkanoaattia menetelmän ollessa, tunnet -t u siitä, että se käsittää: a. biologisen lähtömateriaalin hienontamisen; b. biologisen lähtömateriaalin ilmaluokittamisen siten että polyhydroksialkanoaattipartikkelit erottuvat 10 muista biologisen lähtömateriaalin komponenteista; ja c. polyhydroksialkanoaatin talteen ottamisen.

2. Menetelmä polyhydroksialkanoaatin talteen ottamiseksi biologisesta lähtömateriaalista joka sisältää po-lyhydroksialkanoaattia menetelmän ollessa, tunnet - 15. u siitä, että se käsittää: a. biologisen lähtömateriaalin jauhamisen hienoksi siten että muut biologisen lähtömateriaalin komponentit ovat halkaisijaltaan vähintään noin 10 μ; b. vaiheesta a) saadun biologisen lähtömateriaalin 20 ilmaluokittamisen tuottaen hieno fraktio ja karkea fraktio ja erottamalla karkea fraktio; : c. hienon fraktion pesemisen vedellä tai 20 80 paino-%:isella alkoholin vesiliuoksella, ja polyhydrok-> _ sialkanoaattipitoisen jäännöksen erottamisen nestemäisestä 25 emäliuoksesta.

3. Menetelmä polyhydroksialkanoaatin talteen otta- ! ! miseksi biologisesta lähtömateriaalista joka sisältää po- * » * * lyhydroksialkanoaattia menetelmän ollessa, tunnet - t u siitä, että se käsittää: • ••I 30 a. biologisen lähtömateriaalin jauhamisen hienoksi siten että vähintään noin 90 %:lla partikkeleista partik-# kelien halkaisija on alle noin 100 μ; .···. b. vaiheesta a) saadun biologisen lähtömateriaalin ·_ ilmaluokittamisen tuottaen ensimmäinen hieno fraktio ja ’•b* 35 ensimmäinen karkea fraktio ja erottamalla ensimmäinen hie- ·...· no fraktio joka on noin 60 - noin 90 % jauhetun biologisen j 114216 lähtömateriaalin painosta ja vähintään noin 90 % ensimmäisen hienon fraktion partikkeleista on halkaisijaltaan alle noin 45 μ; c. vaiheesta (b) saadun ensimmäisen hienon frakti-5 on jauhamisen ultrahienoksi siten että vähintään noin 90 % partikkeleista on halkaisijaltaan alle noin 20 μ; d. vaiheesta (c) saadun jauhetun ensimmäisen hienon fraktion ilmaluokittamisen tuottaen toinen hieno fraktio ja toinen karkea fraktio ja toisen karkean fraktion, 10 joka on noin 50 - noin 90 % jauhetun ensimmäisen hienon fraktion painosta erottamisen, ja ainakin noin 80 % toisen karkean fraktion partikkeleista on halkaisijaltaan alle noin 20 μ; ja e. toisen karkean fraktion pesemisen liuoksella 15 joka koostuu vedestä pH:ssa noin 4 - noin 6, tai 20 - 80 paino-%:isella alkoholin vesiliuoksella, ja polyhydrok-sialkanoaattipitoisen jäännöksen erottamisen nestemäisestä emäliuoksesta.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mu-20 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että biologinen lähtömateriaali on kasvimateriaalia.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mu-kainen menetelmä, tunnettu siitä, että biologinen * · ;·, lähtömateriaali on avokado, ohra, juurikkaat, härkäpapu, • · · 2. tatar, porkkana, kookospähkinä, kopra, maissi, puuvillan- ’*! siemen, pullokurpitsa, linssit, limanpapu, hirssi, mungo- * * · papu, kaura, öljypalmu, herneet, maapähkinä, peruna, kur- • ♦ · ·’ * pitsa, rapsi, riisi, durra, soijapapu, sokerijuurikas, so- keriruoko, auringonkukka, makea peruna, tupakka, vehnä, 30 jamssi, omena, aprikoosi, banaani, kukkaromeloni, kirsi- ·...· kat, viinirypäleet, kumkvatti, sitruuna, limetti, appel- ;·. siini, papaija, persikat, päärynä, ananas, tangeriinit, ···, tomaatti tai vesimeloni. f t · » » > I 114216

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biologinen lähtömateriaali on soijapapu.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mu-5 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että biologinen lähtömateriaali on bakteereja. i · • · • · 114216