JP2023527603A - 親水性ソホロ脂質を含む組成物の製造法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、高HLBソホロ脂質系組成物を製造するため、および/またはソホロ脂質組成物の水溶性を増大させるための、材料および方法を提供する。より具体的には、本発明は、SLP分子の製造および発酵後変更を提供し、これは様々な有用な組成物を調製するために使用することができる。TIFF2023527603000011.tif70134
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2020年5月20日提出の米国特許仮出願第63/027,676号に対する優先権を主張し、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
本出願は、2020年5月20日提出の米国特許仮出願第63/027,676号に対する優先権を主張し、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
発明の背景
工業製品および消費者ベースの製品を改善するための持続可能で環境に優しい技術に対する需要は急速に高まっている。例えば、石油およびガス産業は、例えば、地層から炭化水素を動員し、汚染した、または詰まった油井を処理し、炭化水素の輸送を改善するためのこれらの工程において、かなりの量の、石油化学ベースの合成界面活性剤などの化学物質を使用する。
工業製品および消費者ベースの製品を改善するための持続可能で環境に優しい技術に対する需要は急速に高まっている。例えば、石油およびガス産業は、例えば、地層から炭化水素を動員し、汚染した、または詰まった油井を処理し、炭化水素の輸送を改善するためのこれらの工程において、かなりの量の、石油化学ベースの合成界面活性剤などの化学物質を使用する。
界面活性剤は、石油およびガス産業に加えて、産業のほぼすべての分野で潜在的用途がある、表面活性で両親媒性の分子である。表面活性分子の特性は、親水性-親油性バランス（HLB）によって評価することができる。HLBは、表面活性分子の親水性部分および親油性部分のサイズおよび強度のバランスである。特定のHLB値が、例えば、安定な乳濁液を形成するために必要とされる。水/油および油/水乳濁液において、表面活性分子の極性部分は水に向かい、非極性基は油に向かい、したがって油相と水相との間の界面張力を低下させる。
HLB値は0～約20の範囲であり、HLBが低い（例えば、10以下）ほど油溶性が高く、油中水型乳濁液に適しており、HLBが高い（例えば、10以上）ほど水溶性が高く、水中油型乳濁液に適している。起泡性、濡れ性、洗浄および可溶化能力などの他の特性もHLBに依存する。
合成および化学界面活性剤は、製造が容易で、その分子構造に基づいて所望の機能を実行するように調整することができるため、有利であるが；いくつかの化学界面活性剤の過剰使用および過剰生産の環境およびヒトの健康に対する影響は、好ましくないことが公知であり、場合によってはまだ不明である。
生分解性で毒性の低い生物学ベースの表面活性分子を作製する試みがなされているが、特定の物理的および化学的特徴を有する製品を製造するためにそれらを改変することはより困難である。生物学的表面活性分子の1つの特定の群は、微生物によって産生されるもの、またはバイオサーファクタントを含む。バイオサーファクタントは、極性（親水性）部分および非極性（疎水性）基の2つの部分からなる表面活性物質の構造的に多様な群である。
それらの両親媒性構造ゆえに、バイオサーファクタントは、例えば、疎水性水不溶性物質の表面積を増大させ、そのような物質について水のバイオアベイラビリティを増大させ、かつ細菌細胞表面の特性を変化させることができる。バイオサーファクタントはまた、水と油との間の界面張力を低下させ、したがって、毛細管現象を克服するために捕捉した液体を移動させるのに必要な静水圧を低下させることができる。バイオサーファクタントは界面に蓄積し、したがって界面張力を低下させ、溶液中で凝集したミセル構造の形成を引き起こす。ミセルの形成は、例えば、移動する水相中に油を動員する物理的メカニズムを提供する。バイオサーファクタントが細孔を形成し、生体膜を不安定化する能力はまた、例えば、害虫および/または微生物の増殖を制御するための抗菌剤、抗真菌剤、および溶血剤としての使用を可能にする。
バイオサーファクタントには、低分子量の糖脂質、リポペプチド、フラボ脂質およびリン脂質、ならびにリポタンパク質、リポ多糖-タンパク質複合体、および多糖-タンパク質-脂肪酸複合体などの高分子量ポリマーを含む、複数の種類がある。
典型的には、バイオサーファクタントの親水性基は、糖（例えば、単糖、二糖、または多糖）またはペプチドであり、一方、疎水性基は、典型的には脂肪酸である。例えば、糖の種類、糖の数、ペプチドのサイズ、ペプチド中にどのアミノ酸が存在するか、脂肪酸の長さ、脂肪酸の飽和度、追加のアセチル化、追加の官能基、エステル化、分子の極性および電荷に基づいて、バイオサーファクタント分子には無数の潜在的変種がある。
糖脂質は、特に、炭水化物および少なくとも1つの脂肪酸を含むバイオサーファクタントである。糖脂質には、例えば、ラムノ脂質（RLP）、ラムノース-d-リン脂質、トレハロース脂質、トレハロースジミコレート、トレハロースモノミコレート、マンノシルエリスリトール脂質（MEL）、セロビオース脂質、ウスチラジン酸および/またはソホロ脂質（SLP）が含まれる。
ソホロ脂質は、例えば、スタメレラ（Starmerella）クレードの様々な酵母によって産生される、糖脂質バイオサーファクタントである。SLPは、長鎖ヒドロキシ脂肪酸に連結した二糖ソホロースからなる。それらは、17-L-ヒドロキシオクタデカン酸または17-L-ヒドロキシ-Δ9-オクタデセン酸にβ-グリコシド結合した部分アセチル化2-O-β-D-グルコピラノシル-D-グルコピラノース単位を含み得る。ヒドロキシ脂肪酸は、一般に、16または18炭素原子であり、1つまたは複数の不飽和結合を含んでもよい。さらに、ソホロース残基は、6位および/または6'位でアセチル化され得る。脂肪酸カルボキシル基は、遊離（酸性または直鎖）または4''位（乳酸）で内部エステル化され得る。加えて、S.ボンビコラ（S. bombicola）は、S.ボンビコララクトンエステラーゼと呼ばれる特定の酵素を産生し、これは直鎖SLPのエステル化を触媒してラクトンSLPを生成する。
ラクトン酸および酸性ソホロ脂質は、異なる官能特性を有する。例えば、酸性SLPはラクトンSLPよりも高いHLBおよび低い臨界ミセル濃度（CMC）を有する一方で、ラクトンSLPは酸性SLPよりも低いHLBおよび大きい表面張力低下特性を有する。加えて、酸性SLPは、それらの遊離カルボン酸基ゆえに水溶性が高い。
これらの形態に加えて、脂肪酸側鎖における二重結合の有無、炭素鎖の長さ、グリコシドエーテル結合の位置、糖部分のヒドロキシル基に導入されたアセチル基の有無、および他の構造パラメータによって特徴付けられるいくつかの誘導体が存在する。
したがって、用途に応じて、一定の構造SLP変種は他のものよりも優れているであろう。特に、SLPのアセチル化は、例えば、水溶性、起泡性、および生物活性に影響を与えるため、重要な構造変化である。しかしながら、発酵パラメータを変更することによって通常の培養方法から所望のアセチル化の程度を得ることは、例えば、遺伝子組み換え酵母の使用なしには困難である。
SLPは、例えば、食品貯蔵、生物医学、化粧品、バイオレメディエーション、重金属の浄化、および様々な家庭用洗剤の製造に使用することができる。SLPはまた石油産業、例えば、掘削、セメントスラリー、破砕、油回収の強化、スケール形成防止、酸性化、原油の解乳化、腐食抑制、油の減粘、機器の洗浄、水攻法、および/または泡および蒸気掃攻法にも適用することができる。さらに、農業および家畜生産において、SLPは、例えば、土壌改良、広域バイオ農薬、抗ウイルス剤、抗真菌剤および抗菌剤、ならびに/または栄養吸収を高めるための動物飼料への添加剤として使用することができる。
非アセチル化直鎖SLPなどの親水性SLP分子の特徴および化学的相互作用は、ラクトンSLPならびにモノおよびジアセチル化直鎖SLPなどの疎水性SLPとは異なり、SLPの各群を多くの個別化用途に使用し得ることを意味する。しかしながら、SLP産生の生物学的性質ゆえに、特定の用途に必要な特定の官能特性を有するSLP組成物を得ることは困難である。スタメレラ・ボンビコラ（Starmerella bombicola）によって産生される疎水性および親水性SLPの混合物は、例えば、主に疎水性SLPを含む（例えば、約70％）。したがって、高いHLB値を有する親水性SLPは、製造することが特に困難であり得る。したがって、高い水溶性を有する高HLB親水性SLP組成物を製造するための改善された方法が必要である。
本発明は、親水性ソホロ脂質（SLP）分子を含む、石油およびガス産業サービス流体（「サービス流体」）などの組成物を製造するための、材料および方法を提供し、ここで組成物は、例えば、18～20の、高い親水性-親油性バランス（HLB）値を有する。
一定の態様において、方法は、SLP分子の発酵後官能化を提供し、これはサービス流体などの様々な製品を調製するために使用され得る。
一定の態様において、本発明は、酵母培養物によって産生されるSLP分子の混合物における、親水性SLPの疎水性SLP分子に対する比の発酵後変化のための方法を提供する。好ましくは、方法は、発酵中に自然に産生されるものと比べて、親水性SLP対疎水性SLPの比が高いSLP組成物を製造するために使用される。
好ましい態様において、高HLB SLP組成物を製造するための方法であって、以下：
1つまたは複数のSLP分子を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
SLP分子を官能化する段階；ならびに、
任意で、官能化したSLP分子を、液体と、他のSLP分子と、および/または製造中の製品の種類に特異的な追加の構成要素と混合する段階
を含む方法を提供する。
1つまたは複数のSLP分子を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
SLP分子を官能化する段階；ならびに、
任意で、官能化したSLP分子を、液体と、他のSLP分子と、および/または製造中の製品の種類に特異的な追加の構成要素と混合する段階
を含む方法を提供する。
一定の具体的態様において、方法は、以下：
親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
疎水性SLP分子を親水性SLP分子から分離する段階；ならびに
すべてまたは大部分の疎水性SLP分子を親水性SLP分子に変換することによって、分離した疎水性SLP分子を官能化する段階
を含む。
親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
疎水性SLP分子を親水性SLP分子から分離する段階；ならびに
すべてまたは大部分の疎水性SLP分子を親水性SLP分子に変換することによって、分離した疎水性SLP分子を官能化する段階
を含む。
一定の態様において、変換した疎水性（現在は親水性）SLP分子を、酵母発酵産物の元の親水性SLP分子と再度組み合わせて、酵母発酵産物中で産生されるものと比べて、親水性SLP分子の比が高いSLP組成物を製造する。
1つの態様において、酵母発酵産物は、SLP産生酵母を培養することによって産生される1つまたは複数のSLP分子を含む。好ましい態様において、SLP産生酵母はスタメレラ・ボンビコラ、またはスタメレラおよび/もしくはカンジダ（Candida）クレードの別のメンバーである。例えば、S.ボンビコラ株ATCC 22214を本発明の方法に従って使用することができる。
1つの態様において、SLP分子は、酸性、または直鎖SLP（ASL）である。1つの態様において、SLP分子はラクトンSLP（LSL）である。1つの態様において、SLP分子は、脱アセチル化または非アセチル化SLP、モノアセチル化SLP、ジアセチル化SLP、エステル化SLP、様々な疎水性鎖長（例えば、ステアリン酸、リノール酸、および/またはオレイン酸由来）のSLP、脂肪酸-アミノ酸複合体が結合したSLP、および/または本開示の他所に記載の他のSLP分子である。
一定の態様において、酵母発酵産物は、発酵周期の完了後、疎水性SLP分子を実質的に含む層が底に沈降するまで静置され得る。この層は、酵母発酵産物から回収する際に、1つの態様によれば、LSLおよび少量のモノおよび/またはジアセチル化ASL、ならびに残留発酵ブロス、グルコース、脂肪酸、および/または酵母細胞を含む、粗製形態の酵母発酵画分を含む。
望まれる場合、この粗製形態の疎水性SLP画分をさらに処理して、ブロス、グルコース、脂肪酸、および/または酵母細胞を除去し、かつ任意で、例えば、少なくとも80％、または少なくとも90％の疎水性SLPの純度までさらなる精製にかけて、精製した疎水性SLP画分を生成することができる。いくつかの態様において、精製は、以下の態様に記載するとおり、水洗浄および/または油洗浄によって達成される。
一定の態様において、方法は、それが使用されることになる用途に適した特徴を作り出すために、SLP分子を官能化する段階を含む。一定の態様において、「官能化すること」は、SLP分子の官能特性を変更することを意味する。SLP分子の官能化は、好ましくは、例えば、発酵のパラメータを変更することによって、および/または遺伝子組み換え微生物を使用することによって発酵中に実施するのではなく、発酵後に実施する。
官能化は、例えば、SLP分子の分子構造を改変することによって実施することができる。いくつかの態様において、変更する官能特性は、例えば、HLB、溶解性、起泡性、洗浄力、乳化性、脱乳化性、および/または濡れ性を変える能力である。
一定の好ましい態様において、SLP分子のHLBおよび/または水溶性を変更する。いくつかの態様において、方法は、HLBおよび/または水溶性を増大させるために、SLP分子をアルカリ加水分解に供する段階を含む。例えば、1つの態様において、疎水性SLP画分を、塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および/または水酸化アンモニウムと混合して、pHを、例えば約4～約10、好ましくは約6.5～10に調節することができる。一定の態様において、これは、少量（例えば、0.01ml/L～25ml/L、または0.1ml/L～5ml/L）の塩基を、制御された温度（例えば、60℃以下）で、画分中に滴定することによって達成される。所望のpHに達した後、混合物を約20～30分間混合する。
いくつかの態様において、pHの上昇は、ラクトン環のアルカリ媒介加水分解を介した、LSL分子の、より水溶性ASL分子への変換を引き起こす。したがって、画分の化学組成は、ASLがLSLよりも多い方に、例えば、ASLが50％を超える、またはASLが約51～99％、または51：49、55：45、60：40、65：35、70：30、75：25、80：20、85：15、90：10、もしくは95：5の、ASL対LSLの比に移行する。
別の態様において、pHの上昇は、モノまたはジアセチル化ASLまたはLSL分子のアルカリ媒介脱アセチル化を引き起こし、それによってアセチル化の程度を低下させ、分子の水溶性を増大させる。
いくつかの態様において、ASL分子を、有機アミン、例えば、エタノールアミン、トリエタノールアミン、プロピルアミン、および/またはイソプロピルアミンと混合して、ASL分子の脂肪酸鎖のカルボキシル基の脱プロトン化を引き起こし、したがって分子の水溶性を増大させることができる。
一定の態様において、方法は、高いpHおよび/または温度への長期曝露による分解を防止するために、変換したSLP画分を安定化させる段階をさらに含み得る。例えば、いくつかの態様において、これは、混合物に酸を加えて、約6.5～7.5、または約7.0～7.2のpHに達することによって達成することができる。
1つの態様において、方法は、官能化SLP分子を含む画分を、組成物の所望の用途に応じて、水もしくは別の液体担体などの他の構成要素、ならびに/または他のSLP画分および/もしくは分子と混合する段階を含み得る。
1つの態様において、方法は、サービス流体を作製するために、官能化SLP分子を、水または別の液体、例えば塩水、食塩水、生産水、および/またはメタノールもしくはエチレングリコールなどの非水性流体と混合する段階を含み得る。サービス流体の種類およびその用途に応じて、追加の構成要素、例えば、ポリマー、増粘剤、脱凝集剤、潤滑剤、流体損失添加剤、摩擦低減剤、溶媒、pH調節剤、殺生物剤、硫化物捕捉剤、微生物、キレート化剤、界面活性剤、および/または他の添加剤を、SLP分子および液体と混合することもできる。
本発明の例示的サービス流体組成物には、水性掘削流体、油中水型脱乳化剤、スラッジ除去処理、原油減粘剤、腐食抑制剤、貯留層濡れ性改変剤、水攻注入流体、ポリマー圧入流体、破砕流体、マトリックス刺激流体、炭化水素系処理流体、パラフィンおよび/もしくはアスファルテン除去剤および/もしくは分散剤、改修流体、パッカー流体、仕上げ流体、ダイバータ流体ならびに/または油置換流体が含まれるが、それらに限定されない。
一定の態様において、本発明は、1つまたは複数の親水性SLP分子を含む有用な組成物を提供する。好ましい態様において、組成物は、16より大きいHLB、より好ましくは、18～20またはそれ以上のHLBを有する。他の好ましい態様において、組成物は、親水性SLP分子および疎水性SLP分子を含み、ここで親水性SLP分子の疎水性SLP分子に対する比は、例えば、約60：40～70：30である。
いくつかの態様において、組成物は、例えば、ポリマー、増粘剤、脱凝集剤、潤滑剤、流体損失添加剤、摩擦低減剤、精油、溶媒、pH調節剤、精油、殺生物剤、硫化物捕捉剤、微生物、キレート化剤、非生物界面活性剤、ビルダーおよび/または他の添加剤などの、追加の構成要素を含むことができる。組成物は、例えば、洗浄製品、洗剤、水中油型乳化剤、腐食抑制剤、起泡剤、および多くの他の用途として有用であり得る。
有利なことに、本発明は、発酵のパラメータを変更する必要なしに、または、いくつかの態様において、遺伝子組み換えSLP産生微生物を使用する必要なしに、特定の機能を有するSLP系組成物の製造効率を改善するのに役立つ。
したがって、いくつかの態様において、粗製形態または精製形態のSLPをバルクでユーザーに提供することができ、ユーザーは、所望の用途に基づき、必要に応じてSLPを回収し、官能化することができる。または、ユーザーは、粗製および/または精製形態のSLPを製造する施設から特定の官能化SLPを注文することができ、官能化された製品は製造施設によって容易に製造され、ユーザーに輸送され得る。
有利なことに、本発明の方法および組成物は、化学界面活性剤の必要性を低減および/または排除することによって、界面活性剤の製造および使用によって典型的に生じるコストおよび環境への影響を低減する。
発明の詳細な説明
本発明は、親水性ソホロ脂質（SLP）分子を含む組成物を製造するための、材料および方法を提供し、ここで組成物は、例えば、18～20の、高い親水性-親油性バランス（HLB）値を有する。より具体的には、本発明は、SLP分子の製造および発酵後官能化を提供し、これはサービス流体などの様々な製品を調製するために使用することができる。いくつかの態様において、SLP分子の水溶性が増大する。
本発明は、親水性ソホロ脂質（SLP）分子を含む組成物を製造するための、材料および方法を提供し、ここで組成物は、例えば、18～20の、高い親水性-親油性バランス（HLB）値を有する。より具体的には、本発明は、SLP分子の製造および発酵後官能化を提供し、これはサービス流体などの様々な製品を調製するために使用することができる。いくつかの態様において、SLP分子の水溶性が増大する。
一定の態様において、方法は、酵母培養物によって産生されるSLP分子の混合物における、親水性SLPの疎水性SLP分子に対する比の発酵後変化を提供する。好ましくは、方法は、親水性SLP対疎水性SLPの比を増大させる。
好ましい態様において、高HLB SLP組成物を製造するための方法であって、以下：
親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
疎水性SLP分子を多く含む画分および親水性SLP分子を多く含む第2の画分を作製することにより、親水性SLP分子を疎水性SLP分子から分離する段階；ならびに
疎水性画分中の、すべてまたは大部分の疎水性SLP分子を、親水性SLP分子に変換する段階
を含む方法を提供する。
親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
疎水性SLP分子を多く含む画分および親水性SLP分子を多く含む第2の画分を作製することにより、親水性SLP分子を疎水性SLP分子から分離する段階；ならびに
疎水性画分中の、すべてまたは大部分の疎水性SLP分子を、親水性SLP分子に変換する段階
を含む方法を提供する。
選択した定義
本明細書において用いられる「ソホロ脂質」、「ソホロ脂質分子」、「SLP」または「SLP分子」なる用語は、例えば、酸性、または直鎖、SLP（ASL）およびラクトンSLP（LSL）を含む、SLP分子のすべての形態、およびその異性体を含む。さらに含まれるのは、非アセチル化（または脱アセチル化）SLP、モノアセチル化SLP、ジアセチル化SLP、エステル化SLP、様々な疎水性鎖長（例えば、ステアリン酸、リノール酸、および/またはオレイン酸由来）のSLP、脂肪酸-アミノ酸複合体が結合したSLP、および本開示内に記載の他のものである。
本明細書において用いられる「ソホロ脂質」、「ソホロ脂質分子」、「SLP」または「SLP分子」なる用語は、例えば、酸性、または直鎖、SLP（ASL）およびラクトンSLP（LSL）を含む、SLP分子のすべての形態、およびその異性体を含む。さらに含まれるのは、非アセチル化（または脱アセチル化）SLP、モノアセチル化SLP、ジアセチル化SLP、エステル化SLP、様々な疎水性鎖長（例えば、ステアリン酸、リノール酸、および/またはオレイン酸由来）のSLP、脂肪酸-アミノ酸複合体が結合したSLP、および本開示内に記載の他のものである。
本明細書において用いられる「酵母発酵産物」への言及は、酵母または他の細胞培養物の増殖の結果産生された構成要素を含む組成物を意味する。したがって、酵母発酵産物は、微生物自体および/または微生物増殖の副産物を含み得る。微生物は植物状態、胞子形態、菌糸体形態、栄養繁殖体の任意の他の形態、またはその混合物であり得る。微生物はプランクトンもしくはバイオフィルム形態、または両方の混合物であり得る。増殖の副産物は、例えば、代謝産物、細胞膜構成要素、発現されたタンパク質、および/または他の細胞構成要素であり得る。微生物は無傷または溶解されていてもよい。微生物は、組成物中に存在してもよく、または組成物から除去されていてもよい。細胞は、例えば、組成物1ml中に少なくとも1×104、1×105、1×106、1×107、1×108、1×109、1×1010、1×1011、1×1012 CFU、またはそれ以上の濃度で存在してもよい。
本明細書において用いられる「バイオフィルム」は、細菌などの微生物の複雑な凝集体であり、ここで細胞は、細胞外多糖マトリックスを用いて、互いに、および/または表面に接着している。バイオフィルム中の細胞は、液体媒質中で浮遊または遊泳する単細胞である同じ生物の浮遊性の細胞とは物理的に異なる。
本明細書において用いられる、小分子（例えば、以下に記載のもの）などの「分離」または「精製」した化合物は、天然でそれに付随している、および/またはそれが培養された状況での、細胞材料などの他の化合物を実質的に含まない。分離微生物株は、株が天然で存在する環境から取り出されていることを意味する。したがって、分離株は、例えば、生物学的に純粋な培養物として、または担体に結合した胞子（または株の他の形態）として存在してもよい。
一定の態様において、精製化合物は、対象となる化合物の少なくとも60重量％である。好ましくは、調製物は、対象となる化合物の少なくとも75重量％、より好ましくは少なくとも90重量％、および最も好ましくは少なくとも98重量％である。例えば、精製化合物は、所望の化合物の少なくとも80重量％、85重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、98重量％、99重量％、または100重量％のものである。純度は、任意の適切な標準法、例えば、カラムクロマトグラフィ、薄層クロマトグラフィ、または高性能液体クロマトグラフィ（HPLC）分析によって測定する。
本明細書において提供する範囲は、範囲内のすべての値の簡略表記であると理解される。例えば、1～20の範囲は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19および20を含む群からの、任意の数値、数値の組み合わせ、または部分範囲、ならびに、例えば、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、および1.9などの前述の整数の間のすべての介在する小数値を含むと理解される。部分範囲に関して、範囲のいずれかの終点から延びる「入れ子の部分範囲」が特に企図される。例えば、1～50の例示的範囲の入れ子の部分範囲は、1つの方向の1～10、1～20、1～30、および1～40、または他の方向の50～40、50～30、50～20、および50～10を含み得る。
本明細書において用いられる「低減」は負の変化を意味し、「増大」は正の変化を意味し、ここで負または正の変化は少なくとも0.001％、0.01％、0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％または100％である。
本明細書において用いられる「界面活性剤」は、2つの液体の間または液体と固体との間の表面張力（または界面張力）を低下させる化合物を意味する。界面活性剤は、例えば、洗剤、湿潤剤、乳化剤、起泡剤、および/または分散剤として作用する。「バイオサーファクタント」は、生細胞によって産生されたか、または天然成分を用いて合成された表面活性物質である。
移行用語「含む（comprising）」は、「含む（including）」、または「含む（containing）」と同意語であり、両端を含むか、またはオープンエンド（open-ended）で、かつ追加の列挙していない要素または方法の段階を除外しない。対照的に、移行語句「からなる」は、特許請求の範囲において明示していないいかなる要素、段階、または成分も除外する。移行語句「から基本的になる」は、特許請求の範囲を、明示した材料または段階および特許請求する発明の「基本的および新規特徴に実質的に影響しないもの」に限定する。用語「含む（comprising）」の使用は、列挙した構成要素「からなる」または「から基本的になる」他の態様を企図する。
特に記載がないか、または文脈から明白でないかぎり、本明細書において用いられる用語「または」は、包括的であると理解される。特に記載がないか、または文脈から明白でないかぎり、本明細書において用いられる用語「1つの」および「その」は、単数または複数であると理解される。
特に記載がないか、または文脈から明白でないかぎり、本明細書において用いられる用語「約」は、当技術分野における正常な耐容の範囲内、例えば、平均の標準偏差2以内と理解される。約は、示した値の10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、または0.01％以内と理解され得る。文脈からそれ以外に明白でないかぎり、本明細書において提供するすべての数値は約なる用語によって修飾される。
本明細書における変数の任意の定義における化学基のリストの列挙は、任意の単一の基または列挙した基の組み合わせとしてのその変数の定義を含む。本明細書における変数または局面の態様の列挙は、任意の単一の態様または任意の他の態様もしくはその部分との組み合わせでのその態様を含む。
本明細書において引用するすべての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
方法
本発明は、工業製品および/または消費者ベースの製品、例えば、石油およびガス産業サービス流体（「サービス流体」）を製造するための材料および方法を提供する。より具体的には、本発明は、SLP分子の製造および発酵後官能化を提供し、これは様々な製品を調製するために使用することができる。
本発明は、工業製品および/または消費者ベースの製品、例えば、石油およびガス産業サービス流体（「サービス流体」）を製造するための材料および方法を提供する。より具体的には、本発明は、SLP分子の製造および発酵後官能化を提供し、これは様々な製品を調製するために使用することができる。
一定の態様において、本発明は、酵母培養物によって産生されるSLP分子の混合物における、親水性SLPの疎水性SLP分子に対する比の発酵後変化のための方法を提供する。好ましくは、方法は、発酵中に自然に産生されるものと比べて、親水性SLP対疎水性SLPの比が高いSLP組成物を製造するために使用される。さらに、一定の態様において、方法は、発酵中に自然に産生されるものと比べて、水溶性が増大したSLP組成物を製造するために使用される。
好ましい態様において、高HLB SLP組成物を製造するための方法であって、以下：
1つまたは複数のSLP分子を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
SLP分子を官能化する段階；ならびに
任意で、官能化したSLP分子を、液体と、他のSLP分子と、および/または製造中の製品の種類に特異的な追加の構成要素と混合する段階
を含む方法を提供する。
1つまたは複数のSLP分子を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
SLP分子を官能化する段階；ならびに
任意で、官能化したSLP分子を、液体と、他のSLP分子と、および/または製造中の製品の種類に特異的な追加の構成要素と混合する段階
を含む方法を提供する。
一定の具体的態様において、方法は、以下：
親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
疎水性SLP分子を親水性SLP分子から分離する段階；ならびに
すべてまたは大部分の疎水性SLP分子を親水性SLP分子に変換することによって、分離した疎水性SLP分子を官能化する段階
を含む。
親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
疎水性SLP分子を親水性SLP分子から分離する段階；ならびに
すべてまたは大部分の疎水性SLP分子を親水性SLP分子に変換することによって、分離した疎水性SLP分子を官能化する段階
を含む。
一定の態様において、方法は、組成物が親水性SLP対疎水性SLPのより大きい比を含むように、酵母発酵産物から回収したSLP含有組成物内の親水性SLP分子の量を高めるために使用される。例えば、一定の態様において、親水性SLP対疎水性SLPの比は、約60：40、65：35、70：30、または75：25に調節することができる。
1つの態様において、酵母発酵産物は、SLP産生酵母を培養することによって産生される培養物から回収した1つまたは複数のSLP分子を含む。
一定の態様において、本発明のSLP分子は、一般式（1）および/または一般式（2）で表され、例えば、異なる脂肪酸鎖長（R3）を有し、かついくつかの場合にはR1および/またはR2にアセチル化またはプロトン化を有する、30以上の構造ホモログが含まれる。
一般式（1）または（2）中、R0は、水素原子またはメチル基のいずれかであり得る。R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子またはアセチル基である。R3は、1つまたは複数の置換基を有してもよい、飽和または不飽和炭化水素鎖である。
置換基の例には、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、低級(C1～6)アルキル基、ハロ低級(C1～6)アルキル基、ヒドロキシ低級(C1～6)アルキル基、ハロ低級(C1～6)アルコキシ基などが含まれる。R3は、典型的には11～20の炭素原子、好ましくは13～17の炭素原子、より好ましくは14～16の炭素原子を有する。
SLPの構造および組成ゆえに、これらのバイオサーファクタントは優れた表面および界面張力低減特性、ならびに他の有益な生化学的特性を有し、これらは、例えば、洗浄製品、腐食抑制剤、水中油型乳化剤、石油およびガス産業サービス流体、ならびに起泡増強剤などの、様々な製品において有用であり得る。
1つの態様において、SLP分子は、酸性、または直鎖SLP（ASL）である。1つの態様において、SLP分子は、ラクトンSLP（LSL）である。1つの態様において、SLP分子は、非アセチル化SLP、モノアセチル化SLP、ジアセチル化SLP、エステル化SLP、様々な疎水性鎖長（例えば、リノール酸、ステアリン酸、および/またはオレイン酸由来）のSLP、脂肪酸-アミノ酸複合体が結合したSLP、ならびに/または一般式（1）および/もしくは（2）の別の形態SLP分子である。図1～2も参照されたい。
好ましい態様において、酵母発酵産物は、SLP産生微生物の培養によって得られる。SLP産生微生物は、天然のまたは遺伝子組み換えの微生物であってもよい。しかし、好ましい態様において、遺伝子組み換え生物は必要とされない。
好ましい態様において、微生物は、酵母または真菌である。本発明による使用に適した酵母および真菌種の例には、アカウロスポラ（Acaulospora）、アスペルギルス（Aspergillus）、アウレオバシジウム（Aureobasidium ）（例えば、A.プルランス（A. pullulans））、ブラケスレア（Blakeslea）、カンジダ（Candida）（例えば、C.アルビカンス（C. albicans）、C.アピコラ（C. apicola））、クリプトコッカス（Cryptococcus）、デバリオミセス（Debaryomyces ）（例えば、D.ハンゼニイ（D. hansenii））、エントモフトラ（Entomophthora）、フザリウム（Fusarium）、ハンセニアスポラ（Hanseniaspora ）（例えば、H.ウバルム（H. uvarum））、ハンゼヌラ（Hansenula）、イサチェンキア（Issatchenkia）、クルイベロミセス（Kluyveromyces）、モルチエレラ（Mortierella）、ムコール（Mucor）（例えば、M.ピリフォルミス（M. piriformis）、メイエロザイマ（Meyerozyma）（例えば、M.ギリエルモンディ（M. guilliermondii））、 ペニシリウム（Penicillium）、フィチウム（Phythium）、ヒゲカビ（Phycomyces）、ピキア（Pichia ）（例えば、P.アノマラ（P. anomala）、P.ギリエルモンディ（P. guilliermondii）、P.オクシデンタリス（P. occidentalis）、P.クドリアブゼビイ（P. kudriavzevii））、シュードザイマ（Pseudozyma ）（例えば、P.アフィディス（P. aphidis））、リゾプス（Rhizopus）、サッカロミセス（Saccharomyces ）（S.セレビシエ（S. cerevisiae）、S.ボウラルディセクエラ（S. boulardii sequela）、S.トルラ（S. torula））、スタメレラ（例えば、S.ボンビコラ）、トルロプシス（Torulopsis）、トラウストキトリウム（Thraustochytrium）、トリコデルマ（Trichoderma ）（例えば、T.リーセイ（T. reesei）、T.ハルジアヌム（T. harzianum）、T.ビレンス（T. virens））、ウスチラゴ（Ustilago ）（例えば、U.メイディス（U. maydis））、ウィッカーハモミセス（Wickerhamomyces ）（例えば、W.アノマルス（W. anomalus））、ウィリオプシス（Williopsis）、およびザイゴサッカロミセス（Zygosaccharomyces ）（例えば、Z.バイリイ（Z. bailii））が含まれるが、それらに限定されない。
好ましい態様において、微生物は、スタメレラ属酵母および/またはカンジダ属酵母、例えば、スタメレラ（カンジダ）ボンビコラ、カンジダ・アピコラ、カンジダ・バティスタエ（Candida batistae）、カンジダ・フロリコラ（Candida floricola）、カンジダ・リオドセンシス（Candida riodocensis）、カンジダ・ステレート（Candida stellate）および/またはカンジダ・クオイ（Candida kuoi）である。特定の態様において、微生物はスタメレラ・ボンビコラ、例えば、株ATCC 22214である。
1つの態様において、培養は、以下：
酵母培養物を生成するために、液体培地を含む発酵反応器にSLP産生酵母を接種する段階；および
酵母培養物をSLPの産生に好都合な条件下で培養する段階
を含む。SLPおよび他のバイオサーファクタントの産生のために酵母培養物を培養する方法およびシステムは、国際公開公報第2019/133555 A1号において見出すことができ、これは本開示と矛盾しない程度に、参照により本明細書に組み入れられる。
酵母培養物を生成するために、液体培地を含む発酵反応器にSLP産生酵母を接種する段階；および
酵母培養物をSLPの産生に好都合な条件下で培養する段階
を含む。SLPおよび他のバイオサーファクタントの産生のために酵母培養物を培養する方法およびシステムは、国際公開公報第2019/133555 A1号において見出すことができ、これは本開示と矛盾しない程度に、参照により本明細書に組み入れられる。
培養の方法は、増殖中の培養物に酸素添加を提供する段階を含む。一定の態様において、溶存酸素（DO）レベルを、その飽和度について、約25％～約75％、約30％～約70％、約35％～約65％、約40％～約60％、または約50％に維持する。
培養物のpHは、培養中の微生物に対して適切であるべきで、培養物中のSLPの特定の種類または形態を達成するために適宜変更することができる。緩衝液、およびpH調節剤、例えば、炭酸塩およびリン酸塩を用いて、pHを好ましい値の付近で安定化させてもよい。必要に応じてpHを調節するために、塩基溶液を培地に含めてもよく、かつ/または培養中に発酵反応器に供給してもよい。
いくつかの態様において、培養のpHは約2.0～約7.0である。いくつかの態様において、pHは約2.5～約5.5、約3.0～約4.5、または約3.5～約4.0である。1つの態様において、培養は一定のpHで持続的に行ってもよい。別の態様において、培養は変化するpHに供してもよい。
1つの態様において、培養の方法は、約5℃～約100℃、約15℃～約60℃、約20℃～約45℃、約22℃～約30℃、または約24℃～約28℃で実施する。1つの態様において。培養は、一定の温度で持続的に行ってもよい。別の態様において、培養は、変化する温度に供してもよい。
本発明の方法に従い、微生物を、発酵システム中、所望の効果、例えば、所望の量の細胞バイオマスまたは所望の量の1つもしくは複数の微生物増殖副産物の生成を達成するのに十分な期間インキュベートすることができる。バイオマス含有量は、例えば、5g/l～180g/lもしくはそれ以上、または10g/l～150g/lであってもよい。
一定の態様において、酵母培養物の発酵は、約100～150時間、または約115～約125時間、または約120時間行う。
得られた酵母発酵産物は、親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む。本発明の方法に従い、かつ図3Aに示すとおり、SLP混合物の親水性および疎水性SLPを、深部発酵サイクルが完了した後に分離する。この段階において、全酵母発酵産物を、例えば、10～50時間、発酵反応器内、または別の第1の回収容器中に回収した後のいずれかで静置することができる。その大部分がラクトンSLP（LSL）と痕跡量の疎水性酸性SLP（ASL）（例えば、ジアセチル化および/またはモノアセチル化ASL）を含む、疎水性SLPを多く含む層または画分は、反応器または容器の底に沈降することになる。
沈降した粗製疎水性SLP画分は、第2の回収容器中に回収することができ、溶解した親水性SLP（例えば、非アセチル化ASL）ならびに細胞、ブロス構成要素、脂肪酸、および溶解したグルコースを含む上清（粗製親水性SLP画分）を、分離する。
一定の態様において、粗製疎水性SLP画分は、酵母細胞、グルコース、脂肪酸および/または発酵からの他の残留材料などの不純物をさらに含む。したがって、好ましい態様において、方法は、例えば、「水洗浄」法（図3B）および、任意で、「油洗浄」法（図4）を用いて、疎水性SLP画分を精製する段階をさらに含む。
本発明の水洗浄は一般に、以下：
（a）粗製疎水性SLP画分を、脱イオン水と、約50～80℃の温度で約30～300分間持続的に混合する段階；
（b）疎水性SLP-水混合物を約8～24時間静置させる段階であって、混合物が、疎水性SLPおよび水を含む底層、水および不純物を含む中間層、ならびにさらなる不純物を含む上部起泡層に、層化する、段階；ならびに
（c）水洗浄した（精製した）疎水性SLP画分を得るために、底層を第3の回収容器中に回収する段階、および底層の水パーセンテージを調節する段階、を含む。
（a）粗製疎水性SLP画分を、脱イオン水と、約50～80℃の温度で約30～300分間持続的に混合する段階；
（b）疎水性SLP-水混合物を約8～24時間静置させる段階であって、混合物が、疎水性SLPおよび水を含む底層、水および不純物を含む中間層、ならびにさらなる不純物を含む上部起泡層に、層化する、段階；ならびに
（c）水洗浄した（精製した）疎水性SLP画分を得るために、底層を第3の回収容器中に回収する段階、および底層の水パーセンテージを調節する段階、を含む。
有利なことに、DI水の、粗製疎水性SLP画分との混合は、有害な溶媒を使用する必要なく、不純物を捕捉して蓄積する。一定の態様において、（a）におけるSLPのDI水との体積比は、約10：1、5：1、4：1、または3：1である。
好ましい態様において、水洗浄した疎水性SLP画分の最終の水パーセンテージは、約20体積％～30体積％である。したがって、いくつかの態様において、水洗浄した疎水性SLP画分または水に、精製水を加え、60～80℃で約1～150分間持続的に混合することができる。他の態様において、水を、例えば、噴霧乾燥またはサイクロン蒸発によって除去することもできる。一定の態様において、約10～15％の水パーセンテージはSLPの結晶化をもたらし、したがって一般には望ましくない。
いくつかの態様において、水洗浄した疎水性SLP画分は、不純物を含まないか、またはほとんど含まないが、その疎水性ゆえに、あるパーセンテージの脂肪酸および/または油不純物を依然として含む。例えば、一定の態様において、水洗浄した疎水性SLP画分は、約10体積％～30体積％の脂肪酸、例えばオレイン酸を含み得る。
したがって、一定の態様において、方法は、さらに高い純度の精製SLP画分を生成するために、脂肪酸および/または油不純物を除去するための、水洗浄した疎水性SLP画分を「油洗浄」する段階、をさらに含み得る。
好ましい態様において、油洗浄は、油、好ましくはキャノーラ油などの植物油を、水洗浄したSLP画分に適用することを含む。油および水洗浄したSLP画分の混合物を、高温（例えば、約60～80℃）で少なくとも55～110分間混合し、その後、例えば、8～24時間静置する。静置した混合物は、油層およびSLP層-水層に層化する。油層を、例えば、第4の回収容器に取り出して、脂肪酸および油不純物の少なくとも50％、80％、98％またはそれ以上が除去されたSLP-水層を得ることができる。疎水性SLP層-水層、または油洗浄した（精製した）SLP画分は、疎水性SLP（LSL、ならびにいくらかのジアセチル化および/またはモノアセチル化ASL）を主に含む。
一定の態様において、方法は、疎水性SLP画分の疎水性SLPを、それが使用される用途に基づいて官能化する段階を含む。一定の態様において、「官能化すること」は、SLP分子の官能特性を変更することを意味する。SLP分子の官能化は、好ましくは、例えば、発酵のパラメーターを変更することによって、および/または遺伝子組み換え微生物を用いることによって発酵中に実施するのではなく、発酵後に実施する。
官能化は、例えば、SLP分子の分子構造を修飾することによって実施することができる。いくつかの態様において、SLP分子の分子構造を修飾することは、SLP画分および/またはSLP組成物の官能特性、例えば、HLB、溶解性、起泡性、洗浄力、乳化性、脱乳化性、および/または濡れ性を変える能力などの特性を変更する。
いくつかの態様において、官能化は、SLP分子が粗製形態の酵母発酵産物の一部である間にSLP分子に対して実施する。いくつかの態様において、官能化は、SLP分子が粗製形態の酵母発酵産物から精製された後にSLP分子に対して実施する。
一定の好ましい態様において、SLP画分および/またはSLP組成物のHLBを変更する。HLBは表面活性分子または組成物の親水性および親油性部分のサイズおよび強度のバランスである。HLB値は0～20の範囲であり、HLBが低い（例えば、約9未満）ほど油溶性が高く、油中水型乳濁液に適しており、HLBが高い（例えば、約9より大きい）ほど水溶性が高く、水中油型乳濁液に適している。
一定の態様において、HLBを変更することは、組成物中のSLP分子の水溶性の変更に対応し、ここで水溶性の増大はHLB値の増大に対応し、水溶性の低下はHLB値の低下に対応する。好ましい態様において、SLP画分および/またはSLP組成物のHLBは9以上である。さらにより好ましくは、HLBは10以上、12以上、14以上、16以上、または約18～20もしくはそれ以上である。
一定の態様において、疎水性SLPを、親水性SLP分子に変換することによって官能化する。これは、例えば、疎水性SLP分子の分子構造を修飾することによって実施することができる。いくつかの態様において、疎水性SLP画分は粗製形態である。他の態様において、疎水性SLP画分は、水洗浄および/または油洗浄によって精製されている。
いくつかの態様において、方法は、HLBおよび/または水溶性を増大させるために、疎水性SLP画分を濃縮塩基による処理（アルカリ加水分解）に供する段階を含む。図5～6。例えば、1つの態様において、疎水性SLP画分を10～25％塩基溶液、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および/または水酸化アンモニウムの溶液と混合して、pHを約4.0～10.0、約6～約9.5、または約6.5～7.5に調節することができる。
一定の態様において、pHおよび/または温度の極度の上昇によるSLP分解を防ぐために、少量の10～25％塩基溶液を、60℃を超えない温度で画分中に滴定することによって、pHを調節する。滴定は、例えば、画分の約0.01ml/L～100ml/L、約0.1ml/L～75ml/L、約0.5ml/L～50ml/L、または約1ml/L～25ml/Lの比率で適用することができる。次いで、塩基性混合物を約20～30分間混合する。
いくつかの態様において、pHの上昇は、ラクトン環のアルカリ媒介加水分解を介した、LSL分子の、より水溶性ASL分子への変換を引き起こす。図6、7A～7B、8A～8B。したがって、好ましい態様において、疎水性SLP画分は、ASLがLSLよりも多い方に、例えば、70：30の、ASL対LSLの比に移行する。
別の態様において、pHの上昇は、モノまたはジアセチル化ASLまたはLSL分子のアルカリ媒介脱アセチル化を引き起こす。
いくつかの態様において、ASL分子またはASL分子を含む画分を有機アミン、例えば、エタノールアミン、トリエタノールアミン、プロピルアミン、および/またはイソプロピルアミンと混合して、ASL分子の脂肪酸鎖のカルボキシル基の脱プロトン化を引き起こし、したがって分子の水溶性を増大させることができる。図9。一定の態様において、有機アミンを適用する比率は、ASL分子または画分の約0.01ml/L～100ml/L、約0.1ml/L～75ml/L、約0.5ml/L～50ml/L、または約1ml/L～25ml/Lである。
一定の態様において、方法は、長期の高いpHおよび/または温度による分解を防止するために、変換した疎水性（現在は親水性）SLP分子を安定化させる段階をさらに含み得る。例えば、いくつかの態様において、これは、混合物に酸を加えて、約6.5～7.5、または約7.0～7.2のpHに達することによって達成することができる。
好ましい態様において、濃クエン酸を混合物に加え、55～110分間、または約60～90分間混合する。
1つの態様において、方法は、変換した疎水性（現在は親水性）SLP画分を、組成物の所望の用途に応じて、水または別の液体と混合する段階を含み得る。
いくつかの態様において、変換したSLP画分を、使用まで別々の容器に貯蔵することができる。貯蔵期間は好ましくは短い。したがって、貯蔵期間は60日、45日、30日、20日、15日、10日、7日、5日、3日、2日、1日、または12時間未満であり得る。
いくつかの態様において、方法は、複数のSLP画分を互いに混合する段階を含み得る。例えば、一定の態様において、変換した疎水性（現在は親水性）SLP画分を、最初の酵母発酵産物中で分離された元の親水性SLP画分と再度混合することができる。いくつかの態様において、親水性SLP画分は、変換したSLP画分をそれと混合する前に精製されている。
一定の態様において、一緒に混合するSLP画分および/または分子の種類および/または比は、最終組成物にとってどのようなHLB値が望まれるかに基づいて決定する。例えば、ASL分子のより大きい割合はより大きいHLBに対応し、LSL分子のより大きい割合は最終組成物のより低いHLB値に対応する。
いくつかの態様において、方法は、本発明の方法に従って製造した1つまたは複数のSLP画分を、水または別の担体と混合する段階を含み得る。さらに、SLP組成物の所望の用途に応じて、追加の構成要素、例えば、ポリマー、増粘剤、脱凝集剤、潤滑剤、流体損失添加剤、摩擦低減剤、精油、溶媒、pH調節剤、殺生物剤、微生物、キレート化剤、非生物界面活性剤、ビルダーおよび/または他の添加剤を追加することもできる。組成物は、例えば、洗浄製品、洗剤、水中油型乳化剤、腐食抑制剤、起泡剤、および多くの他の用途として有用であり得る。
有利なことに、本発明は、発酵のパラメータを変更する必要なしに、および/または、いくつかの態様において、遺伝子組み換えSLP産生微生物を使用する必要なしに、特定の機能を有するSLP系組成物の製造効率を改善するのに役立つ。
組成物
一定の態様において、本発明は、本発明の方法に従って製造した1つまたは複数のSLP画分および/または分子を含む、有用な組成物を提供する。好ましい態様において、組成物は、9より大きい、10より大きい、12より大きい、14より大きい、16より大きい、18より大きい、または20より大きいHLBを有する。組成物は、以下の表1に示すとおり、多くの異なる産業において用途を有し得る。
一定の態様において、本発明は、本発明の方法に従って製造した1つまたは複数のSLP画分および/または分子を含む、有用な組成物を提供する。好ましい態様において、組成物は、9より大きい、10より大きい、12より大きい、14より大きい、16より大きい、18より大きい、または20より大きいHLBを有する。組成物は、以下の表1に示すとおり、多くの異なる産業において用途を有し得る。
（表１）HLB範囲に基づく高HLB SLP組成物の例示的用途
一定の態様において、組成物は、体積比または重量比で少なくとも50％、少なくとも60％、少なくとも70％、少なくとも75％、少なくとも80％、少なくとも85％、少なくとも90％、または少なくとも95％のSLP分子を含む。
好ましい態様において、組成物は、本発明の態様に従って製造した、前述の一般式（1）および/または一般式（2）の構造を有する、親水性SLP分子の大部分を含む。
例えば、いくつかの態様において、組成物は、体積比または重量比で0％～100％、5％～95％、10％～90％、15％～85％、20％～80％、25％～75％、30％～70％、35％～65％、40％～60％、45％～55％、または50％の、非、モノ、またはジアセチル化LSLのラクトン結合のアルカリ媒介加水分解によって得た、非、モノ、またはジアセチル化ASLを含み得る。
いくつかの態様において、組成物は、体積比または重量比で0％～100％、5％～95％、10％～90％、15％～85％、20％～80％、25％～75％、30％～70％、35％～65％、40％～60％、45％～55％、または50％の非アセチル化ASLまたはモノアセチル化ASLを含み得る。一定の態様において、モノアセチル化ASLはジアセチル化ASLのアルカリ媒介脱アセチル化によって得る。一定の態様において、非アセチル化ASLはジアセチル化ASLおよび/またはモノアセチル化ASLのアルカリ媒介脱アセチル化によって得る。
いくつかの態様において、組成物は、体積比または重量比で0％～100％、5％～95％、10％～90％、15％～85％、20％～80％、25％～75％、30％～70％、35％～65％、40％～60％、45％～55％、または50％の非、モノ、またはジアセチル化LSLを含み得る。一定の態様において、モノアセチル化LSLはジアセチル化LSLのアルカリ媒介脱アセチル化によって得る。一定の態様において、非アセチル化LSLはジアセチル化LSLおよび/またはモノアセチル化LSLのアルカリ媒介脱アセチル化によって得る。
一定の態様において、組成物中のSLP分子の種類および/または比は、SLP組成物にとってどのような親水性-親油性バランス（HLB）値が望まれるかに基づいて決定する。好ましい態様において、組成物のHLBは9～20もしくはそれ以上、10～19、11～18、12～17、13～16、または14～15である。
一定の態様において、組成物は、少なくとも5体積％の液体担体を含む。いくつかの態様において、組成物は、10体積％～75体積％、15体積％～80体積％、20体積％～85体積％、または25体積％～90体積％の液体担体を含む。液体担体には、例えば、水、塩水、淡水、食塩水、生産水、メタノール、エチレングリコール、および/または他のアルコールが含まれ得る。
いくつかの態様において、組成物は、所期の用途に応じて追加の構成要素を含み得る。例えば、組成物は、0.1体積％～85体積％、1体積％～75体積％、5体積％～50体積％、10体積％～40体積％、または20体積％～30体積％のポリマー、増粘剤、脱凝集剤、潤滑剤、流体損失添加剤、摩擦低減剤、溶媒、pH調節剤、殺生物剤、精油、硫化物捕捉剤、微生物、キレート化剤、界面活性剤、ビルダーおよび/または他の構成要素をさらに含み得る。
一定の態様において、本発明は、1つまたは複数の官能化SLP分子を含むサービス流体組成物を提供する。
SLP系組成物は、含油地層からの原油回収率の向上；油井およびガス井の刺激（油井孔への油の流れを改善するため）；ロッド、チューブ、ライナー、タンクおよびポンプなどの機器からのパラフィン、アスファルテンおよびスケールなどの汚染物質および/または障害物の除去；石油およびガス生産および輸送機器の腐食の防止；原油および天然ガス中のH2S濃度の低減；原油の粘度の低下；重質原油およびアスファルテンのより軽質の炭化水素留分への品質向上；タンク、フローラインおよびパイプラインの洗浄；選択的および非選択的閉栓による水攻中の油の移動性向上；ならびに水圧破砕を含むが、それらに限定されない、広範な石油産業用途のために、石油およびガス産業における使用に有利であり得る。
したがって、本発明の例示的サービス流体組成物には、水性掘削流体、油中水型脱乳化剤、スラッジ除去処理、原油減粘剤、腐食抑制剤、貯留層濡れ性改変剤、水攻注入流体、ポリマー圧入流体、破砕流体、マトリックス刺激流体、炭化水素系処理流体、パラフィンおよび/もしくはアスファルテン除去剤および/もしくは分散剤、改修流体、パッカー流体、仕上げ流体、ダイバータ流体ならびに/または油置換流体が含まれるが、それらに限定されない。
有利なことに、本発明の方法は、複雑な機器または高いエネルギー消費を必要とせず、したがって大規模での界面活性剤製造の資金および人件費を低減する。さらに、本発明は、発酵のパラメータを変更する必要なしに、または遺伝子組み換え微生物を使用する必要なしに、所望の溶解性を有するSLP分子および/またはSLP含有組成物を得るために必要な工程を単純化する。
本発明およびその多くの利点についてのより深い理解は、例示のために提供する以下の実施例から得られるであろう。以下の実施例は、本発明のいくつかの方法、用途、態様および変種の例示である。それらは、本発明を限定するとみなされるべきではない。本発明に関して多くの変更および改変を加えることができる。
実施例1－SLP製造およびSLPの精製のためのスタメレラ・ボンビコラの培養
準備
ステンレス鋼発酵反応器を、SLPの製造のために使用する。反応器は約150ガロンの水を含み、その中にデキストロース（25～150g/L）、酵母エキス（1～10g/L）、キャノーラ油（25ml/L～110ml/L）および尿素（0.5～5g/L）を含む培地を加える。
準備
ステンレス鋼発酵反応器を、SLPの製造のために使用する。反応器は約150ガロンの水を含み、その中にデキストロース（25～150g/L）、酵母エキス（1～10g/L）、キャノーラ油（25ml/L～110ml/L）および尿素（0.5～5g/L）を含む培地を加える。
反応器は、培養物の持続的撹拌および混合のための混合器具を含む。培地を含む反応器および増殖培地を滅菌するために、反応器を100℃で約60分間蒸気処理する。
次いで、反応器を冷却する。反応器が約35℃に達したら、抗生物質を培地に加えて、細菌汚染を防止する。抗生物質組成物は、4LのDI水に溶解した300gのストレプトマイシンおよび20gのオキシテトラサイクリンを含む。他の反応器チューブおよび開口部は、滅菌するためにイソプロピルアルコール（IPA）を噴霧する。
スタメレラ・ボンビコラ接種材料培養物の増殖のために、小規模反応器を使用する。培養物を、小規模反応器中、26～28℃で少なくとも42～48時間増殖させる。
ステンレス鋼発酵反応器が30℃に達したら、次いで約25Lの接種材料培養物をこれに接種する。
発酵
発酵の温度を23～28℃に保持する。約22～26時間後、培養物のpHを20％NaOHを用いて約3.0～4.0、または約3.5に設定する。発酵反応器はコンピューターを含み、これはpHを監視し、pHが3.5を維持するよう塩基を投入するために用いるポンプを制御する。
発酵の温度を23～28℃に保持する。約22～26時間後、培養物のpHを20％NaOHを用いて約3.0～4.0、または約3.5に設定する。発酵反応器はコンピューターを含み、これはpHを監視し、pHが3.5を維持するよう塩基を投入するために用いるポンプを制御する。
約6～7日間の培養（120時間±1時間）後、7.5mlのSLP層に油が見られず、かつグルコースが検出されなければ（例えば、約0％～0.5％）、バッチは回収可能である。
回収
培養物を発酵反応器に残すか、または第1の回収容器に回収し、24～48時間静置する。疎水性SLPの層、または画分が培養物の底に沈降する。図3A。
培養物を発酵反応器に残すか、または第1の回収容器に回収し、24～48時間静置する。疎水性SLPの層、または画分が培養物の底に沈降する。図3A。
実施例2－疎水性SLP分子の精製のための水洗浄
図3A～3Bに示すとおり、約60～70％LSL対30～40％疎水性ASLの比でSLPを含む、沈降した粗製形態の疎水性SLP画分を第2の回収容器に回収し、上清を残す。DI水を、粗製形態の疎水性SLP画分と、SLP 対 水＝4：1～3：1の体積比で混合する。疎水性SLP-水混合物を、約60℃～70℃の温度まで加温し、1～2時間混合する。
図3A～3Bに示すとおり、約60～70％LSL対30～40％疎水性ASLの比でSLPを含む、沈降した粗製形態の疎水性SLP画分を第2の回収容器に回収し、上清を残す。DI水を、粗製形態の疎水性SLP画分と、SLP 対 水＝4：1～3：1の体積比で混合する。疎水性SLP-水混合物を、約60℃～70℃の温度まで加温し、1～2時間混合する。
その後、混合物を8～24時間、または温度が約25℃～35℃に自然に低下するまで静置する。混合物は、以下の3層：疎水性SLPおよび水を含む底層；水および不純物、例えば、酵母細胞、グルコース、および脂肪酸を含む中間層；ならびに泡中に不純物を含む上層、を形成する。いくつかの態様において、底層は残留脂肪酸不純物も同様に含む。
底部の疎水性SLP-水層を第2の容器から第3の容器に移し、水含有量を、50体積％未満であるが、約10体積％～15体積％になるように調節する。理想的には、水含有量は、約20～30体積％である。
60℃でサイクロンエバポレーターまたは噴霧乾燥機のいずれかを用い、蒸発によって、水含有量を低下させることができる。精製水を加え、SLPと共に70℃で約1～2時間混合することによって、水含有量を高めることができる。
精製した生成物である、水洗浄した疎水性SLP画分は、約1～8のHLBを有し、約80～90％の疎水性SLP分子、例えば、LSL、ならびにジアセチル化および/またはモノアセチル化ASLを含む。
中間および上層を水洗浄に再度供して、さらなる疎水性SLPを回収することができる。
実施例3－水洗浄した疎水性SLP画分の油洗浄
油不純物が少ない疎水性SLP画分を得るために、水洗浄した疎水性SLP画分を、油洗浄によってさらに精製する。図4。キャノーラ油を、水洗浄した疎水性SLP画分に、添加油：SLP＝1：2、2：1、5：1、または10：1の比で加える。
油不純物が少ない疎水性SLP画分を得るために、水洗浄した疎水性SLP画分を、油洗浄によってさらに精製する。図4。キャノーラ油を、水洗浄した疎水性SLP画分に、添加油：SLP＝1：2、2：1、5：1、または10：1の比で加える。
次いで、水洗浄した疎水性SLP画分および油を、60℃の温度で2時間、または約1～2.5時間混合する。混合後、全混合物を終夜（または約16時間）静置して、疎水性SLPおよび水の層を、添加した油の層と層別した。ここで後者は、油ならびに脂肪酸および/または油不純物を含む。
層化後、油層を除去して、純度の高い疎水性SLP生成物を得ることができる。
表2および3に示すとおり、水洗浄したSLP疎水性SLP画分中の大部分の脂肪酸を除去することができる。さらに、表1に示すとおり、キャノーラ油を10：1（キャノーラ油：SLP）の比で加えることにより、水洗浄したSLP疎水性SLP画分から、98％の脂肪酸を除去する。これは脂肪酸濃度のかなりの低下であり、水洗浄したSLP組成物の脂肪酸濃度23.54％に比べて、脂肪酸濃度0.48％の、油洗浄したSLP画分が得られる。
（表２）油洗浄した疎水性SLP画分中の脂肪酸含有量（最初は脂肪酸23.53％）
（表３）油洗浄した疎水性SLP画分中の脂肪酸含有量（最初は脂肪酸19.62％）
表4は、キャノーラ油で精製した組成物が、水洗浄したSLP組成物に比べて低いCMCを有することを示す。
（表４）疎水性SLP画分のCMC
実施例4－精製したSLP生成物の特徴の比較
水洗浄した疎水性SLP画分の典型的特徴：
- 50～100のCMC；
- 35～39のCMCでの表面張力低下；
- 2～7のHLB；
- 相分離なし；
- 生細胞なし；
- グルコース含有量0.1％以下；
- 水に不溶性；
- 水に分散性で乳状溶液を生じる；
- 水と混合した場合に気泡を生成しない。
変換した疎水性SLP画分（現在は親水性）の典型的特徴：
- 半透明；
- 十分に水溶性；
- 高い起泡性；
- 100～150ppmのCMC；
- 35～39のCMCでの表面張力低下；
- 約18～20、またはそれ以上のHLB；
- 相分離なし；
- 生細胞なし；
- グルコース含有量0.5％以下；
- 脂肪酸含有量は不定（おそらくは0.5％と低い）。
水洗浄した疎水性SLP画分の典型的特徴：
- 50～100のCMC；
- 35～39のCMCでの表面張力低下；
- 2～7のHLB；
- 相分離なし；
- 生細胞なし；
- グルコース含有量0.1％以下；
- 水に不溶性；
- 水に分散性で乳状溶液を生じる；
- 水と混合した場合に気泡を生成しない。
変換した疎水性SLP画分（現在は親水性）の典型的特徴：
- 半透明；
- 十分に水溶性；
- 高い起泡性；
- 100～150ppmのCMC；
- 35～39のCMCでの表面張力低下；
- 約18～20、またはそれ以上のHLB；
- 相分離なし；
- 生細胞なし；
- グルコース含有量0.5％以下；
- 脂肪酸含有量は不定（おそらくは0.5％と低い）。
実施例5－変換した疎水性（現在は親水性）SLP画分の起泡特性
pH 6.7、HLB約20、および脂肪酸含有量13％の、1％親水性SLP溶液の泡レベル（ml）を経時的に測定した。
pH 6.7、HLB約20、および脂肪酸含有量13％の、1％親水性SLP溶液の泡レベル（ml）を経時的に測定した。
（表５）経時的泡測定
実施例6－変換した疎水性（現在は親水性）SLP画分の化学分析
本発明の方法に従って調製した親水性SLP組成物を、質量分析を用いて分析して、組成物中のSLP分子（種）の種類および量を決定した。結果を以下の表6～8に報告する。
本発明の方法に従って調製した親水性SLP組成物を、質量分析を用いて分析して、組成物中のSLP分子（種）の種類および量を決定した。結果を以下の表6～8に報告する。
（表６）親水性SLP試料1、組成物
（表７）質量分析結果、試料1
（表８）質量分析結果、試料2
本明細書に記載の実施例および態様は例示のためにすぎず、それらに照らして様々な改変または変更が当業者に示唆され、本出願の精神および範囲内に含まれるものであることが理解されるべきである。
本明細書において参照または引用されるすべての特許、特許出願、仮出願、および出版物は、本明細書の明示的な教示と矛盾しない程度に、すべての図および表を含む、その全体が参照により組み入れられる。
Claims (27)
- 9以上のHLBを有するソホロ脂質組成物の製造のための方法であって：
SLP産生微生物を培養することによって産生される親水性および疎水性SLP分子の混合物を含む、酵母発酵産物、を得る段階；
主に親水性SLP分子を含むSLP画分を生成するために、疎水性SLP分子を親水性分子に変換することによってすべてまたは一部の疎水性SLP分子を官能化する段階；ならびに、任意で、
SLP画分を、液体担体と、別のSLP画分および/もしくは分子と、ならびに/または組成物の所望の用途に特異的な追加の構成要素と、混合する段階
を含む、方法。 - 酵母発酵産物が12～24時間静置され、
疎水性SLP分子を実質的に含む層が、該産物の底部に沈降し、
この沈降した層を回収して、疎水性SLP分子のほかに、残存酵母細胞、グルコース、脂肪酸、および/または発酵ブロスを含む粗製疎水性SLP画分を得、かつ
この粗製疎水性SLP画分を処理して、残留酵母細胞、グルコース、脂肪酸、および/または発酵ブロスを除去し、それによって、精製した疎水性SLP画分を生成する、
請求項1記載の方法。 - SLP産生微生物が、スタメレラ・ボンビコラ（Starmerella bombicola）である、請求項2記載の方法。
- 粗製疎水性SLP画分を、水洗浄および/または油洗浄により処理する、請求項2記載の方法。
- 精製した疎水性SLP画分の疎水性SLP分子を変換することが、SLP分子の分子構造を変更することを含み、
該構造変更が、HLB、溶解性、起泡性、洗浄力、乳化性、脱乳化性、および濡れ性変更から選択される官能特性を改変する、
請求項2記載の方法。 - 官能特性が、HLBである、請求項5記載の方法。
- HLBが、約9以上に増大する、請求項6記載の方法。
- 官能特性が水溶性であり、水溶性が増大する、請求項5記載の方法。
- 疎水性SLP画分を塩基と混合することにより、疎水性SLP画分を親水性SLP画分に変換する、請求項5記載の方法。
- 塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化アンモニウムから選択される、請求項9記載の方法。
- 塩基が、LSL分子のアルカリ媒介ラクトン結合切断、ならびに/またはLSLおよび/もしくはASL分子のアルカリ媒介脱アセチル化を促進する、請求項9記載の方法。
- 疎水性SLP画分を、エタノールアミン、トリエタノールアミン、プロピルアミン、およびイソプロピルアミンから選択される有機アミンと混合することにより、疎水性SLP画分の水溶性が増大する、請求項5記載の方法。
- 有機アミンが、疎水性SLP画分内のASL分子の脂肪酸鎖のカルボキシル基を脱プロトン化し、
脱プロトン化が、カルボン酸アンモニウム塩を生成する、
請求項12記載の方法。 - 官能化した疎水性SLP画分を元の酵母発酵産物の親水性SLP分子と混合し、
親水性SLP分子の疎水性SLP分子に対する比が、60：40～75：25である、
請求項2記載の方法。 - 1つまたは複数の官能化SLP分子、液体、および所望の用途に特異的な1つまたは複数の任意の構成要素を含む、石油およびガスサービス流体組成物。
- 官能化SLP分子が、その溶解性を増大させるために官能化されている、請求項15記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、ジアセチル化ASLおよび/またはモノアセチル化ASLのアセチル基のアルカリ加水分解によって得た非アセチル化ASLである、請求項16記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、ジアセチル化ASL分子のアセチル基のアルカリ加水分解によって得たモノアセチル化ASL分子である、請求項16記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、非、モノ、またはジアセチル化LSL分子のラクトン結合のアルカリ加水分解によって得た非、モノ、またはジアセチル化ASL分子である、請求項16記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、ジアセチル化LSLおよび/またはモノアセチル化LSL分子のアセチル基のアルカリ加水分解によって得た非アセチル化LSL分子である、請求項16記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、ジアセチル化LSL分子のアセチル基のアルカリ加水分解によって得たモノアセチル化LSL分子である、請求項16記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、有機アミンとの反応によって脱プロトン化した非、モノ、またはジアセチル化ASL分子である、請求項16記載の組成物。
- LSL分子をさらに含む、請求項22記載の組成物。
- 官能化SLP分子が、そのHLB値を増大させるために官能化されている、請求項15記載の組成物。
- 液体が、淡水、塩水、食塩水、生産水、メタノールまたはエチレングリコールである、請求項15記載の組成物。
- 1つまたは複数の追加の構成要素が、ポリマー、増粘剤、脱凝集剤、潤滑剤、流体損失添加剤、摩擦低減剤、溶媒、pH調節剤、殺生物剤、硫化物捕捉剤、微生物、キレート化剤、および界面活性剤から選択される、請求項15記載の組成物。
- 水性掘削流体、油中水型脱乳化剤、スラッジ除去処理、原油減粘剤、腐食抑制剤、貯留層濡れ性改変剤、水攻注入流体、ポリマー圧入流体、破砕流体、マトリックス刺激流体、炭化水素系処理流体、パラフィンおよび/もしくはアスファルテン除去剤および/もしくは分散剤、改修流体、パッカー流体、仕上げ流体、ダイバータ流体ならびに/または油置換流体として調製した、請求項15記載の組成物。
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