JP2004129661A - ゲル生成バイオポリマーの成形と洗浄 - Google Patents

Abstract

【課題】　抽出されたバイオポリマーの顆粒中に残存している不純物と溶媒残渣とを、簡単、迅速かつ廉価に減少させる方法を提供する。
【解決手段】　有機溶媒の含量が２５重量％未満の顆粒を、水と任意に混合できない有機洗浄液で少なくとも１回処理して、この洗浄液により水相を押しのけることによって水に可溶な不純物を減少させ、また有機溶媒に可溶な不純物を洗浄液に溶離することによって顆粒中の不純物を減少させ、次いで水相を分離し、洗浄された顆粒と洗浄液を隔離する。
【選択図】　なし。

Description

　本発明は、バイオマスから抽出するために利用された有機溶媒を水蒸気蒸留によって（ほぼ）除去した後に多孔性顆粒として存在するポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、たとえばポリヒドロキシ−β−酪酸（ＰＨＢ）に関する。

　ブラジルの特許第Ｐｌ９３０２３１２号に、イソアミルアルコールを用いた高温抽出によってバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを回収する方法が記されている。ポリヒドロキシアルカノエートは最初に適当な発酵法によって形成され、抽出に供給する前に発酵液からほぼ隔離される。抽出されたバイオマスは、たとえば濾過によって、高温の抽出液から隔離される。ポリヒドロキシアルカノエートは、抽出液を低温で冷却した後で有機溶媒中で不溶である。それゆえポリマーを、たとえば濾過、遠心分離又は類似の方法で濃縮することは、ある限界内でしか可能ではない。イソアミルアルコールをポリヒドロキシアルカノエートから完全に隔離するために、イソアミルアルコールをＰＨＢ／溶媒サスペンジョンの処理により、たとえば蒸気もしくは沸騰水で除去しなければならない。

　水と混合可能な有機溶媒（たとえばイソアミルアルコール）を連続的な多段階蒸発によって蒸発させる、特に経済的な方法が、ドイツ特許第ＤＥ１０１２８６６３５号に記載されている。

　溶媒の蒸発は、溶媒と水との混合間隙内にある液相の組成において行われる。有機溶媒（たとえばＩＡＡ）に懸濁したバイオポリマーは、適当量の水で多段階蒸発濃縮設備の蒸発器に供給される。蒸発器は、より高い沸点で運転される先行段階の蒸気もしくは蒸発液によって加熱される。凝縮した蒸発液は水相と有機相に分解し、それぞれ別の溶媒によって飽和されている。水相は、蒸発時に水の損失を補うために、好ましくは蒸発器に戻される。有機凝縮液は、水を押し出した後、再び抽出媒体として利用される。

　このような蒸発濃縮においてバイオポリマーは顆粒を形成する。顆粒は溶媒含量が多ければゲル状であり、溶媒含量が少なければ比較的硬く、形状は安定している。いずれの場合も、顆粒の液体含量は、蒸発蒸留の条件に応じて８５％以上に達することがある。顆粒中に封入された液体は、有機不純物及び無期不純物を含んでおり、これらはバイオマスの抽出時にバイオポリマーと一緒に溶離された。これらのバイオマスはバイオポリマーをプラスチック生産に使用する前に、できるだけ除去しなければならない。

　顆粒を水で洗浄すると、本質的に水溶性の成分しか除去されない。イソアミルアルコールの豊富な顆粒は、少量のイソアミルアルコール又はその他の有機溶媒を加えただけで非常に急速に融解し、最初に存在していた有機不純物の大部分を含んだゲルを形成する。すなわち、この場合、水に不溶の不純物を除去するために有機溶媒で洗浄することは不可能である。

　本発明の課題は、抽出されたバイオポリマーの顆粒中に残存している不純物と溶媒残渣とを、簡単、迅速かつ廉価に減少させる方法を提供することにある。

　驚くべきことに、蒸気蒸留の際に、イソアミルアルコールの乏しい顆粒は、任意の過剰
量のイソアミルアルコール、又は水と任意に混合できず、ポリヒドロキシアルカノエートが不溶である他の溶媒（たとえばエチルアセテート）と、ゲル生成を伴わずに混合できることが分かった。その代わりに、顆粒のわずかな膨潤（イソアミルアルコールを使用した場合）、又は顆粒のより小さい粒子への分解（エチルアセテートを使用した場合）を招き、そして顆粒中に含まれる水相が有機溶媒によってほぼ完全に押しのけられる。たとえ顆粒が（たとえば撹拌器のせん断力の作用により）同様に良好に濾過できる微細な粒子に分解する場合も、ゲル生成は行われない。

　不純物を含んでいる水相は密度が高いので分離して、隔離され得る。しかし、有機溶媒を含んでいる顆粒は有機相にとどまり、沈殿析出する。顆粒の内部に含まれている有機不純物は有機洗浄液に移行でき、それとともに溶離され得る。顆粒に対して向流洗浄を適用することにより、ほぼ任意の係数で不純物を減少させることができる。従って顆粒を有機溶媒で洗浄すると、特に水に可溶の不純物も、特に有機溶媒に可溶の不純物も減少させることができる。

　顆粒と洗浄液を隔離した後で、顆粒内部に含まれている有機洗浄液の残渣を水蒸気蒸留によって除去でき、又はエチルアセテートなどの揮発しやすい溶媒を使用する場合は直接乾燥器内で溶媒を除去することも可能である。

１．あらかじめ水蒸気蒸留によって抽出媒体イソアミルアルコールをほとんど除去した、顆粒中のイソアミルアルコール有機溶媒の含量が２５重量％未満、好ましくは１０重量％未満であるポリヒドロキシアルカノエート、特にポリヒドロキシ−β−酪酸、及びそれらと他のポリヒドロキシアルカノエートとの共重合体からなる顆粒の洗浄において、新規に有機洗浄液としてイソアミルアルコールを添加する。そうすると顆粒中に含まれている水相がイソアミルアルコールによってほぼ押しのけられ、それによって顆粒中に含まれている水に不溶の不純物はイソアミルアルコールによって溶離され得る。次いで、不純物で負荷された洗浄液を、適当なフィルター、遠心分離器又は類似の脱水装置を用いて隔離する。
２．実施例１に従い、あらかじめ水蒸気蒸留によって抽出媒体イソアミルアルコールをほとんど除去した、ポリヒドロキシアルカノエート、特にポリヒドロキシ−β−酪酸、及びそれらと他のポリヒドロキシアルカノエートとの共重合体からなる顆粒の洗浄において、水と任意に混合できず、しかもＰＨＢに対して不溶の他の有機溶媒エチルアセテートを使用する。次いで、不純物で負荷された洗浄液を、適当なフィルター、遠心分離器又は類似の脱水装置を用いて隔離する。
３．実施例１又は２に従い、あらかじめ水蒸気蒸留によって抽出媒体イソアミルアルコールをほとんど除去した、ポリヒドロキシアルカノエート、特にポリヒドロキシ−β−酪酸、及びそれらと他のポリヒドロキシアルカノエートとの共重合体からなる顆粒の洗浄において、使用する有機洗浄液が水で飽和しており、さらに洗浄液に追加の水を投入できる。４．実施例１から３に従い、あらかじめ水蒸気蒸留によって抽出媒体イソアミルアルコールをほとんど除去した、ポリヒドロキシアルカノエート、特にポリヒドロキシ−β−酪酸、及びそれらと他のポリヒドロキシアルカノエートとの共重合体からなる顆粒の洗浄において、洗浄を１回のみ行うか、又は洗浄された顆粒を有機洗浄液及び分離した水相と隔離する度毎に連続して複数回行うか、あるいは洗浄を洗浄塔で行い、有機洗浄液を顆粒に対して向流で案内する。
５．実施例１から４に従い、あらかじめ水蒸気蒸留によって抽出媒体イソアミルアルコールをほとんど除去した、ポリヒドロキシアルカノエート、特にポリヒドロキシ−β−酪酸、及びそれらと他のポリヒドロキシアルカノエートとの共重合体からなる顆粒の洗浄において、複数回洗浄する際に、又は顆粒を洗浄塔に供給する前に、増す顆粒に初めて有機洗浄液を加えたときに析出した水相を隔離する。

Claims (15)

1. バイオマスから抽出するために利用された有機溶媒を水蒸気蒸留によってほぼ除去した後に顆粒として存在するバイオポリマーを洗浄する方法において、
   　有機溶媒の含量が２５重量％未満の顆粒を、水と任意に混合できない有機洗浄液で少なくとも１回処理して、当該洗浄液により水相を押しのけることによって水に可溶な不純物を減少させ、また有機溶媒に可溶な不純物を洗浄液に溶離することによって顆粒中の不純物を減少させ、次いで水相を分離し、洗浄された顆粒と洗浄液とを隔離することを特徴とするバイオポリマーを洗浄する方法。
2. 有機溶媒の含量が１０重量％未満の顆粒を、有機洗浄液で少なくとも１回処理することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 好ましくは形状安定な顆粒を処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 抽出に使用する有機溶媒がイソアミルアルコールであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. バイオポリマーが好ましくはポリヒドロキシアルカノエートであり、特にポリヒドロキシ−β−酪酸、及びそれらと他のポリヒドロキシアルカノエートとの共重合体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 洗浄液として、バイオポリマーに対して不溶性もしくは難溶性の有機溶媒を使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 洗浄液として、イソアミルアルコール又は同様に水と任意に混合できない他の有機溶媒を使用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 洗浄液として、イソアミルアルコール又はエチルアセテートを使用することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 洗浄液が水で飽和していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. プロセスに追加の水を投入することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 不純物で負荷された洗浄液の隔離が重力沈殿によって、又は適当なフィルター、遠心分離器及び／又は類似の脱水装置を用いて行われることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 複数回洗浄するために、不純物で負荷された洗浄液を隔離する度毎に、洗浄された顆粒に新規に有機洗浄液を加えて洗浄することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 複数回洗浄する際に、顆粒と洗浄液とを互いに向流で案内することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 顆粒の向流洗浄を洗浄塔で行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
15. 顆粒から最初に析出した水溶液を、後続の洗浄段階を実施する前に隔離することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。