KR20100072239A - 알칼리 토금속 비누를 침전시키는 단계를 포함하는, 알코올, 비누 및/또는 지방산을 포함하는 출발 물질로부터 지질을 발효시키는 방법 - Google Patents
알칼리 토금속 비누를 침전시키는 단계를 포함하는, 알코올, 비누 및/또는 지방산을 포함하는 출발 물질로부터 지질을 발효시키는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 알코올 및 비누 또는 비누 전구물질을 포함하는 출발 물질로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법으로서, 금속-이온 형성제를 출발 물질에 첨가하여 불용성 상 및 액체 상을 함유하는 혼합물을 형성시키는 단계; 액체 상으로부터 불용성 상을 분리하는 단계; 지질 생성 미생물을 배양 기질 상에서 액체 상과 접촉시켜, 미생물 세포로부터 지질이 생성되기 시작하는 단계; 및 지질을 수거하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 하나 이상의 알코올을 포함하는 알코올 함유 액체 상으로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하나 이상의 알코올 및 비누 또는 비누 전구물질을 포함하는 출발 물질로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 하나 이상의 알코올을 포함하는 알코올 함유 액체 상으로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
바이오디젤(biodiesel)은 주로, 장쇄 지방산과 알코올(메탄올)의 트랜스에스테르화(transesterification)에 의해 형성되는 지방산 메틸 에스테르이다. 천연 지방의 지방산 에스테르는 주로 트리글리세리드로 구성되며, 이로써 바이오디젤로 적합하지 않는 수용성 글리세롤이 트랜스에스테르화 시 배출된다. 이론적으로, 10중량%의 글리세롤이 트리글리세리드로부터 생성된다. 공정 조건에 따라, 비누의 비율은 크게 달라질 수 있으며, 이는 트리글리세리드의 원래의 총량에서 수십 %까지 상승할 수 있다. 비누 화합물은 글리세롤의 형성되는 수용액 중에 분산되고 이로 부분적으로 용해되기 때문에, 수용액으로부터 분리하기가 어렵다. 비누는 지용성 지방산 에스테르와 수용성 글리세롤 간의 상을 방해하며, 다양한 등급의 에멀젼을 형성하는 경향이 있어서 분리 기술과 관련된 대규모 공정에서 어려운 문제에 직면하게 한다. 메탄올과 같은 알코올의 제거는 고비용의 진공 증류를 필요로 할 것이다. 따라서, 현대 기술에서 상술된 공정을 사용하여 바이오디젤을 생성하는 것은 원료 물질을 낭비하는 것으로 결론지을 수 있다. 상기 공정에서 생성된 글리세롤의 가치를 높히는 것은, 이는 단지 여기에 필요한 정제 단계를 고려하더라도 특히 경제적이지 못하다.
몇몇의 미생물은 이들의 세포 중에 지방을 축적한다. 글리세롤이 미생물에 대한, 심지어는 지방 축적 미생물에 대한 탄소 공급원으로서 작용할 수 있음이 또한 공지되어 있다[예를 들어, 문헌(Microbial Lipids, eds. C. Ratledge and S. G. Wilkinson, vol. 1, Academic Press, 1988; Papanikolaou, S. and Aggelis, G., Lipid production by Yarrowia lipolytica growing on industrial glycerol in a single-stage continuous culture, Bioresource Technol. 82 (2002) 43-49) 참조]. 한편, 몇십 년 동안, 주로 몇몇의 특별한 지방의 소규모 생성을 제외하고는, 지방 축적 미생물 및 이에 의해 생성된 지방에 대해서는 어떠한 획기적인 약진이 이루어지지 않았다. 예를 들어, 지방산의 알칼리 금속 염(이하, 이를 "비누"라 함)에 대한 이러한 글리세롤 및 이것이 함유하는 알코올의 평균적으로 불량한 품질은, 바이오디젤 공정으로부터 얻어지는 글리세롤의 활용, 특히 미생물에 의한 지방의 형성에서 하나의 문제로 경험되어 왔다. 비누 및 알코올은 대부분 유기체의 성장을 방해하며, 이에 따라 글리세롤의 미생물학적 활용을 위해서 이들 비누 및 알코올은 제거되어야 한다.
대부분의 천연 지방은, 지방의 가장 에너지 풍부한 부분을 형성하는, 알코올 기에 결합되는 탄화수소 사슬 함유 지방산을 함유한다. 이러한 지방의 가장 에너지 풍부한 부분은, 이로부터 알코올 에스테르를 형성함에 의해 배출될 수 있다. 알코올, 및 지방의 지방산으로부터 형성된 비누 화합물(이하, 이것을 비누라 함)과 배합된 글리세롤 수용액이 이 과정에서 배출된다. 글리세롤, 알코올 및 비누를 함유하는 이 분획은 수용성이며, 특히 비누에 대해서는 여전히 높은 에너지 함량을 갖는다. 이미 글리세롤에 대해서만, 주로 글리세롤을 함유하는 이러한 수용성 분획은 이론적으로 지방산 알코올 에스테르의 생산에서 10% 초과의 소수 폐기물 흐름을 형성한다. 글리세롤은 그 자체로 이미 저가이며, 이의 시장은 이미 포화되어 있다. 따라서, 지방산 알코올 에스테르의 생성 시에 형성된 불순한 글리세롤에 대해서 가까이에는, 그리고 비용을 발생시키는 문제되는 소수 흐름을 형성시키는 현재의 기술(이 또한 효율적인 에너지가 없으므로 유리한 기술은 부가된 가치를 발생시킨다)을 고려할 때 고유한 에너지 효율적인 사용은 없다.
글리세롤, 또는 화학 기술에 의해 글리세롤로부터 얻을 수 있는 생성물에 대한 상업적으로 흥미있는 가능한 용도가 광범위하게 연구되어 있다. 그럼에도 불구하고, 전보다 실질적으로 더 높은 정도의 글리세롤 활용이 가능할 것인, 눈에 보이는 경제적으로 지속가능한 해결책은 없다. 화학 산업에 대한 원료로서 글리세롤의 적합성, 및 이의 용도와 관련된 도전에 대한 광범위한 개요가 한 연구에서 제기되었다[참조: Sarantila, Maiju: Utilization of Glycerol, Diploma thesis, Helsinki University of Technology, November 10, 2006]. 이하에서, 상기 논문을 기초로, 이용율 및 부가된 가치를 증가시키기 위한 글리세롤의 현재 공지된 가장 본질적인 가능한 용도가 기술된다.
각각 글리세롤 분자의 산소 함량은 비교적 높고 탄소 함량은 낮으며, 이에 따라 불량한 칼로리 값이 얻어진다. 또한, 글리세롤 불꽃의 온도는 전통적인 화석 연료보다 낮다. 실제로, 글리세롤의 연소는 또한 특수한 장치를 요하는 것으로 알려져 있는데, 그 이유는 산소와의 충분한 혼합을 얻기 위해 이것이 매우 작은 소적 크기가 되어야 하기 때문이다. 또한, 바이오연료의 생성시에 배출된 글리세롤은 물을 함유한다.
글리세롤은 화학적으로 다수의 다양한 방법으로 유도체화될 수 있다. 예를 들어, 글리세롤의 에스테르화, 에테르화, 아세틴 및 디올의 생성은 글리세롤의 중합 및 산화와 함께 공지되어 있다. 주로, 생성 시에 고순도의 글리세롤, 및 고가 및 에너지 소모적인 촉매 및 반응기 기술을 요한다는 점을 특히 고려하여, 이러한 공정의 생성물에 대한 대규모 응용예는 없다.
개질, 즉 글리세롤로부터 수소를 형성시키는 것이 하나의 기술이며, 이에 의해 훨씬 더 많은 양의 글리세롤을 처리할 수 있다. 그러나, 개질에는 특수 장치, 풍부한 에너지 투자가 요구되며, 공정 자체는 고가의 촉매를 요한다.
글리세롤은 농업에서 일부 이용된다. 글리세롤은 동물 사료의 한 성분으로서 에너지 공급원으로 제공될 수 있다. 그러나, 이것은 단백질, 지방 또는 탄수화물을 함유하지 않는다. 공업용 글리세롤은 심지어 미량 원소에 대해 불량하며, 따라서 사료 혼합물 중에 단지 소수의 하위성분(subcomponents)만을 형성할 수 있다. 추가로, 유기 연료의 생성 시에 형성된 글리세롤은 메탄올 및 비누를 함유하고, 이들은 공급물의 전체 비용 구조, 예컨대 알코올 제거 또는 지방의 별개의 제거를 위한 진공 증류에 대한 불균형한 정제 조작을 수반한다.
따라서, 글리세롤, 및 특히 일 구성요소로서 글리세롤을 함유하는 이종 혼합물을, 글리세롤에 대한 수요를 상당히 증가시킬 수 있는 상업적인 생성물로 변형시키기 위한 경제적으로 유익한 해결책이 없다. 이러한 기술적 결함에 대한 중요성은, 특히 화석 원료와 함께 재생가능한 에너지 원료 공급원에 대한 관심이 증대되는 경우에 강조된다.
발명의 간단한 설명
본 발명은, 하나 이상의 알코올 및 비누 또는 비누 전구물질을 포함하는 출발 물질로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 하나 이상의 알코올을 포함하는 알코올 함유 액체 상으로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법으로서, 이 방법에 따르면 지질 생성 미생물이, 상기 알코올 함유 액체 상을 함유하는 배양 기질 상으로 도입되고, 상기 미생물로부터 지질을 생성시키고, 세포 덩어리 또는 이 세포에 의해 생성된 지질이 수거된다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 청구항 제 1항 및 제 4항의 특징부에 설명된 바를 특징으로 한다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 용도는 청구항 제 23항 및 제 24항에 설명된 바를 특징으로 한다.
본 발명은 공정에 관한 문제에 대한 하나의 새로운 해결책을 제공하는데, 이 해결책에서는 지방산의 에스테르가, 확립된 공정에 따라 지질을 알칼리 토금속 알콕사이드로 처리함으로써, 지질, 예컨대 글리세로리피드로부터 생성된다. 글리세롤이 상기 공정으로부터 생성되고, 하나의 부반응에서 알코올, 및 탄화수소 사슬을 함유하는 수용성 지방산의 알칼리 금속 염, 비누가 배출된다. 이 공정에서의 중요한 문제는 불순한 글리세롤이 이용된다는 것이며, 상기한 이용을 위해 글리세롤을 안전하고 유용한 화합물로 정제하는 것이 필요하다.
본 발명의 포괄적인 이점은, 본 발명이, 에너지를 적게 함유하는 생물학적 기원을 갖는 화합물로부터, 예컨대 다가 알코올 및 1가 알코올로부터 에너지 효율적이고 환경친화적인 방식으로 간단한 공정 단계들에 의해 에너지 풍부 화합물, 지질을 생성하는데 사용될 수 있어, 바람직하게는 상당량의 물의 사용이 회피된다는 점이다.
에너지 경제성의 측면에서 이용을 어렵게 하며 유기 지질 내에 함유된 지방산 에스테르의 트랜스에스테르화로부터 배출되는 알코올 화합물 및 지방산의 비에스테르화된 염을 함유하는 소수 흐름은 지방산으로 구성되는 글리세로리피드의 생성에 적합한 분획으로 변형될 수 있는데, 상기 글리세로리피드는 그 자체로서 이용될 수 있거나 글리세로리피드를 함유하는 생물학적 기원의 다른 물질로 재사용될 수 있다. 미생물에서 형성된 지질을 목적하는 에스테르로 처리하는 것은, 미생물 세포의 사전 분해 없이 그리고 후속하는 지방의 분리 단계 없이 일어날 수 있다.
본 발명의 이점은 또한, 공정에 필요한 장치가 간단하고, 제조 및 용도에 관해 관련된 기술이 공지되어 있다는 점을 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 생성 규모에는 구속되지 않지만, 처리할 다가 알코올 분획에 의해 요구된 양으로 용이하게 규모확장될 수 있다. 방법의 실시는 에너지 소모성 가열, 가압된 유닛 작동 또는 화학적 촉매를 요하지 않지만, 작동을 위해서 단지 본 발명에 따른 방법의 내부 순환 내로 혼입될 수 있는 그러한 화학물질의 사용 또는 그러한 생체적합물질(biomaterial)의 처리를 요한다. 상기 방법은 또한 다가 알코올 분획의 비용 증가성 사전정제를 요하지도 않고 물의 제거도 요하지 않는다. 공정의 전체 비용 효율은, 공정 중에 형성된 지질 비함유 바이오매스(biomass)가, 내부 순환에 부가하여, 다수의 다양한 용도에 대해, 예컨대 단일 성분의 생산을 위해 또는 미생물 생성을 위한 보충적인 배양물 기질로서 사용될 수 있다는 사실에 의해 개선된다.
표면 활성 화합물의 존재에 의해 야기된 일반적으로 발생된 문제가 또한 본 발명에 의해 해소될 수 있다. 널리 공지된 바대로, 표면 활성 화합물, 예컨대 지방산 비누는 미생물의 성장을 억제하고 단지 소수의 미생물에 대한 탄소공급원으로서만 제공된다. 미생물 생성 공정에서의 비누의 존재는 배양 기질의 표면 활성을 감소시키고, 거품형성을 야기시키며, 이들의 비중을 기초로 한 방법을 사용하는 경우 액체로부터 세포의 분리를 복잡하게 만든다. 물 및 물-불용성 오일을 함유하는 혼합물 중에 비누가 존재하면 또한 서로로부터 수 상 및 오일 상의 분리가 방해받는다. 따라서, 다가 알코올 함유 비누 유사 화합물은 미생물 수단을 사용하여 지질을 생성시키기에는 적합하지 못하며, 바이오디젤 공정에서 생성된 비누를 함유하는 알코올성 소수 흐름의 전체 이용이 방해받거나 축소된다. 본 발명에 의해, 예를 들어, 지방산 에스테르의 생성 중에 형성된 글리세롤 풍부 사이드 분획 내에 함유된 유기 화합물은, 미생물에 의한 지질 생성을 달성하기 위해 화학적 처리와 조합시킨 공정을 이용하여 지질로 다시 변형될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 미생물을 이용하여 지질을 생산하는 것에 대한 특별한 유연성이 달성된다. 성장을 억제하는 유해한 성분없이 다가 알코올을 함유하는 분획은 대부분의 미생물에 대한 천연 탄소 공급원이다. 따라서, 본 방법의 이점은 또한, 미생물 선택이 넓은 범위 내에서, 예컨대 지질 생성 능력, 바이오매스 수율, 배양 수단 또는 배양 조건을 토대로 이루어질 수 있다는 것이다. 지질보다 미생물의 다른 성분이 다수의 다양한 방식으로 에너지 효율적으로 사용될 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 방법의 전체 비용-효율성이 개선된다.
따라서, 선행 기술과 비교하여, 본 발명은 다른 공급원으로부터 지방 원료에 대한 전체 요구량을 감소시킴으로써 지속가능한 개발 원리를 수행하고, 생산 비용을 소비자에 의해 수용된 수준으로 상승시키기 위한 선행조건을 갖는다.
다음으로, 본 발명을 첨부되는 도면 및 상세한 설명을 참조로 더욱 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 주요 실행 단계를 도시한다.
도 2는 제공된 비누가 본 발명에 따라 제거된, 본 발명에 따른 출발 물질 또는 알코올 함유 액체 상에 대한 효모의 성장을 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 순수 글리세롤(제조업체: 미국 제이티.티. 베이커(J.T. Baker)에 대한 효모의 성장을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 글리세롤 및 메탄올 모두를 함유하는 기질에 대한 효모의 성장을 그래프로 나타낸 것이다. 도 4a는 메탄올을 첨가하거나(글리세롤 양의 2중량%) 첨가하지 않은 5/10% 글리세롤을 함유하는 기질에 대한 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica) 효모의 성장을 도시하며, 도 4b는 상응하는 기질에 대한 로도토룰라 글루티니스(Rhodotorula glutinis) 효모의 성장을 도시한다.
도 5는 YNB(효모 질소 베이스: Yeast Nitrogen Base) 기질 상에 5, 12.5 또는 25%의 양으로 사용된, 비누를 함유하지 않는 글리세롤 분획에 대한 효모의 성장을 그래프로 도시한 것이다.
도 6은, 배양 기질(YNB)이 비누를 함유하지 않는 5 또는 12.5%의 바이오디젤-글리세롤 분획을 함유하는, 상이한 시점에서 효모의 지방 함량을 그래프로 도시한 것이다. 상기 지방 함량은, 도 6a에서는 R. 글루티니스 효모에 대해 그리고 도 6b에서는 Y. 리폴리티카 효모에 대해 각각 도시되어 있다.
도 7은 글루코스(A), 순수 글리세롤(B), 또는 탄소 공급원으로서 비누를 함유하지 않는 글리세롤 분획(C)을 이용하여 기질 상에 갈락토마이세스 지오트리쿰(Galactomyces geotrichum) 곰팡이의 성장을 그래프로 나타낸 것이다. 도 7a에는 곰팡이의 성장 곡선이, 도 7b에는 곰팡이 세포의 지방 함량이 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 주요 실행 단계를 도시한다.
도 2는 제공된 비누가 본 발명에 따라 제거된, 본 발명에 따른 출발 물질 또는 알코올 함유 액체 상에 대한 효모의 성장을 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 순수 글리세롤(제조업체: 미국 제이티.티. 베이커(J.T. Baker)에 대한 효모의 성장을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 글리세롤 및 메탄올 모두를 함유하는 기질에 대한 효모의 성장을 그래프로 나타낸 것이다. 도 4a는 메탄올을 첨가하거나(글리세롤 양의 2중량%) 첨가하지 않은 5/10% 글리세롤을 함유하는 기질에 대한 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica) 효모의 성장을 도시하며, 도 4b는 상응하는 기질에 대한 로도토룰라 글루티니스(Rhodotorula glutinis) 효모의 성장을 도시한다.
도 5는 YNB(효모 질소 베이스: Yeast Nitrogen Base) 기질 상에 5, 12.5 또는 25%의 양으로 사용된, 비누를 함유하지 않는 글리세롤 분획에 대한 효모의 성장을 그래프로 도시한 것이다.
도 6은, 배양 기질(YNB)이 비누를 함유하지 않는 5 또는 12.5%의 바이오디젤-글리세롤 분획을 함유하는, 상이한 시점에서 효모의 지방 함량을 그래프로 도시한 것이다. 상기 지방 함량은, 도 6a에서는 R. 글루티니스 효모에 대해 그리고 도 6b에서는 Y. 리폴리티카 효모에 대해 각각 도시되어 있다.
도 7은 글루코스(A), 순수 글리세롤(B), 또는 탄소 공급원으로서 비누를 함유하지 않는 글리세롤 분획(C)을 이용하여 기질 상에 갈락토마이세스 지오트리쿰(Galactomyces geotrichum) 곰팡이의 성장을 그래프로 나타낸 것이다. 도 7a에는 곰팡이의 성장 곡선이, 도 7b에는 곰팡이 세포의 지방 함량이 도시되어 있다.
본 발명은 하나 이상의 알코올, 및 비누 또는 비누 전구물질을 포함하는 출발 물질로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것으로서,
상기 방법은,
- 금속 이온 형성제를 출발 물질에 첨가하여, 불용성 상 및 액체 상을 함유하는 혼합물을 형성시키는 단계;
- 액체 상으로부터 불용성 상을 분리하는 단계;
- 지질 생성 미생물을 배양 기질 상에서 액체 상과 접촉시켜, 미생물 세포로부터 지질을 생성시키기 시작하는 단계; 및
지질을 수거하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 상기 출발 물질은 다가 또는 1가 알코올 또는 이둘 모두, 및 비누 또는 비누 전구물질을 포함한다.
본 발명은 또한 하나 이상의 알코올을 포함하는 알코올 함유 액체 상으로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것으로서,
상기 방법은,
- 지질 생성 미생물을 배양 기질 상에서 알코올 함유 액체 상과 접촉시켜, 미생물 세포로부터 지질을 생성시키기 시작하는 단계; 및
지질을 수거하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 액체 상은 다가 또는 1가 알코올 또는 이둘 모두를 포함한다.
특히, 본 발명은 알코올의 양이 출발 물질의 절반 이상, 바람직하게는 70 내지 99중량%인 출발 물질로부터, 또는 알코올 양이 알코올 함유 액체 상의 36 내지 100중량%, 바람직하게는 70 내지 100중량%인 알코올 함유 액체 상으로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 메톡시화나트륨을 이용하여 수행된 글리세로리피드로 구성되는 지질의 트랜스에스테르화의 결과물로 형성된 알코올을 포함하는 분획은 지질 또는 지질 혼합물을 형성하기 위한 방법에서 출발 물질로 사용된다.
상기 용어 "지질"은 분자 일부가 일반적으로 유기 용매에는 용해되지만 물에는 잘 용해되지 않는 지방족 탄화수소 사슬인 지방 물질을 의미한다.
본 발명에서, 미생물에서 형성된 지질은 주로 트리아실글리세롤, 즉 글리세롤 및 지방산(트리글리세리드)에 의해 형성된 트리에스테르, 또는 스테롤의 에스테르이지만, 포스포리피드, 스테롤, 폴리프레놀, 스핑고리피드, 글리코리피드 및 디포스파티딜글리세롤과 같은 다른 지질이 또한 세포 중에서 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 하나의 구체예에 따르면, 훨씬 더 많은 양의 성분, 예컨대 스테롤 및 유리 산소가 또한 존재할 수 있는 트리글리세리드 또는 트리글리세리드를 포함하는 혼합물이 알코올 함유 액체 상으로부터 형성된다.
상기 용어 "비누"는 지방산의 염을 의미한다.
본 발명은 장쇄 지방산 함유 지방(지질)이 글리세롤, 다른 알코올, 예컨대 1가 알코올, 및 유기 비누의 혼합물로부터 생성되는, 자연 하위단계들(natural substages)에 기초한 방법을 주로 포함한다. 따라서, 본 발명은 고도로 산화된 유기 화합물을 고 에너지 함량을 갖는 환원된 지질로 변형시키는데 사용될 수 있는데, 상기 환원된 지질은 추가의 정련에 의해 다양한 에너지 생성 형태에 대해 사용하기에 적합하다.
다음으로, 간편화를 위해, 글리세롤을 다가 알코올로 언급함으로써 본 발명 및 이의 구체예들을 설명할 것이지만, 글리세롤을 본 발명에 적합한 다른 다가 알코올로 대체할 수 있다.
글리세롤 및 1가 알코올은 미생물에 대한 탄소 공급원으로 적합한데, 이는 특히 혼합물로서의 이들이 두 탄소 공급원의 사용을 강화시킴이 입증되었기 때문이며, 적합한 미생물을 선택함으로써, 이들 화합물을 생합성에 의해 지방산으로 구성되는 미생물 기원의 지질로, 그리고 상업적으로 흥미있는 화합물을 분리시키기 위한, 예를 들어 공정 내부의 영양성분으로서 사용될 수 있는 다른 생체적합물질로 변형시킬 수 있거나, 바이오매스는 공급물 및 영양성분으로서와 같은 다른 일반적인 용도에 대해 사용될 수 있다.
지방산 에스테르의 산 촉매적 제조에서 형성되는 비누는 미생물 기초한 지질의 생성에 대해 문제를 발생시킨다. 비누는 미생물의 성장 및 이에 따라 지질의 생합성을 저하시키거나 심지어는 완전히 억제시킨다. 비누는 또한 배양 기질로부터 세포의 분리를 복잡하게 한다.
본 발명의 방법에 따르면, 지방산 함유 지질은 화학적 공정 및 미생물학적 공정을 조합시킴으로써 불순한, 비누 함유 글리세롤 소수 흐름으로부터 미생물에 의해 생성될 수 있고, 상기 공정에서 글리세롤 및 다른 화합물을 함유하는 분획이 지질 합성 미생물의 생성을 위해 사용되며, 그러한 미생물로부터 이에 따라 형성된 지질은 예를 들어, 지방산의 알코올 에스테르를 제조하기 위해 다시 사용될 수 있다.
산업적 용도에 적합한 화학적 및 생물학적 반응은 본 발명에서의 새로운 방식으로 하나의 공정으로 조합되고, 이 공정에 의해 글리세롤, 알코올, 바람직하게는 1가 알코올, 및 지방산 에스테르의 산 촉매적 제조에서 형성되는 글리세롤 용액 중에 함유된 다른 유기 화합물이 에너지 효율적인 방식으로 지방산을 함유하는 지질로 변형될 수 있다.
본 발명은 바람직하게는, 가능한 고체 물질 성분이 여과에 의해 글리세롤 분획으로부터 제거되고, 그 후 글리세롤 분획의 산성도가 요구된 양의 산으로, 바람직하게는 미생물에 대한 탄소 공급원으로서 제공될 수 있는 염을 형성하는 산으로, 더욱 바람직하게는 아세트 산, 포름 산 또는 락트 산으로 조정되는 단계들을 포함한다. 여과는 예를 들어, 이를 위해 의도된 직물을 이용함으로써 실시될 수 있다.
바람직한 하나의 구체예에 따르면, 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법은,
- 임의로 산, 바람직하게는 유기 산, 더욱 바람직하게는 아세트 산, 포름 산 또는 락트 산을 출발 물질에 첨가하여, pH를 3 내지 8의 값, 바람직하게는 6 내지 8의 값으로 조절하는 단계;
- 금속 이온 형성제, 예컨대 알칼리 토금속의 미네랄 염, 바람직하게는 Ca2 + 또는 Mg2 +를 형성하는 제제, 더욱 바람직하게는 염화칼슘 또는 염화마그네슘, 가장 바람직하게는 염화칼슘을 고체 또는 액체(예컨대 수용액)로서, 비누의 40% 이상을 침전시키는 양으로, 바람직하게는 비누의 양과 비교하여 화학양론적 양의 금속 이온이 형성되는, 가장 바람직하게는 10중량%의 화학양론적 과량으로 상기 혼합물에 첨가하여 불용성 상 및 액체 상을 형성시키는 단계로서, 상기 불용성 상이 비누를 포함하고, 액체 상이 다가 알코올 또는 1가 알코올을 함유하는 알코올 함유 용액, 즉 상기 언급한 액체를 포함하는 단계;
- 불용성 상을 분리하는 단계로서, 비누로 반응한, 가능하게는 존재하는 비누 전구물질을, 바람직하게는 여과에 의해 또는 경사분리(decanting)에 의해 또는 침전물을 회수하기 위해 일반적으로 사용되는 다른 과정에 의해 액체 상으로부터 분리하는 단계;
- 액체 상 및 지질 생성 미생물을, 지질 생성에 필요한 영양성분 또는 이러한 성분을 함유하는 분쇄된 미생물 덩어리가 보충되는 배양 기질 상으로 제공하는 단계;
- 미생물 세포로부터 지질을 생성시키는 단계로서, 이에 의해 지질이 미생물 세포의 내부 또는 이들 미생물 세포의 외부에 축적되는 단계;
- 임의로 미생물 세포를 분쇄시키는(disrupting) 단계;
- 임의로 상 분리 또는 추출에 의해 지질을 분리시키는 단계;
- 세포 덩어리(cell mass) 또는 세포에 의해 생성된 지질을 바람직하게는 여과에 의해 또는 비중 차에 근거한 방법, 예컨대 원심 분리에 의해 그리고 이후 형성된 분획을 분리함으로써, 예컨대 지질, 지질 함유 분획 또는 지질 혼합물을 회수된 세포 덩어리의 세포로부터 분리함으로써 회수하는 단계; 및
- 바람직하게는 세포 덩어리 또는 이의 분획을 지질로서 사용하는 단계를 포함한다.
특히 바람직하게는, 임의로 여과된 글리세롤 분획 내에 존재하는 수용성 비누는, 혼합물 내로 2가 알칼리 토금속, 바람직하게는 Ca2 +, 가장 바람직하게는 CaCl2를 첨가함으로써 수-불용성 비누로 변형된다. 가장 적합하게는, 상기 염은 고형물로서 첨가되고, 이에 의해 상당량의 물의 사용이 회피될 수 있다. 혼합 시간은, 침전물의 변형이 본질적으로 중단될 때까지 조절된다. 형성된 불용성 분획(침전물)이 여과에 의해 또는 경사분리에 의해 또는 침전물을 회수하기 위해 일반적으로 사용되는 다른 방법에 의해 액체 분획(액체 상)으로부터 분리된다. 액체 글리세롤 분획은 함유될 수 있는 다른 화합물과 함께, 이것을 지질 생성에 적합한 농도로 미생물의 배양 기질 내로 혼합함에 의해 사용된다. 비누 침전물을 분리한 후에, 여기에 함유된 탄소수 4 초과의 탄화수소 분획은 바람직하게는 유리 지방산을 생산하기 위한, 가장 바람직하게는 지방산 에스테르를 생산하기 위한 다수의 다양한 방법으로 처리될 수 있다.
공정의 다양한 단계에서 첨가될 수 있는 화합물, 예컨대 아세트산 또는 2가 알칼리 토금속 염, 예컨대 CaCl2, 또는 이들 화합물에 의해 형성된 사이드 분획들은 NaCl 및 이산화탄소와는 별개로, 공정 중에 전적으로 잔류하지 않지만, 바람직하게는 공정 내부에서 재사용되거나, 이들은 개별의 경제적으로 이용가능한 분획을 형성하고 이에 따라 공정의 전체 비용 효율성을 개선시킨다.
트랜스에스테르화에서 형성된 알코올 함유 사이드 분획으로부터 표면 활성 화합물을 제거함으로써, 미생물을 배양하고 하나의 세포 지질을 생성하기 위해 이들 분획을 이용하도록 선행 조건이 형성된다.
그러나, 놀랍게도 순수-시약(reagent-pure) 글리세롤은 그 자체로서 그다지 효율적인 탄소 공급원이 아님이 밝혀졌다. 한편, 메탄올은 글리세롤의 사용을 강화시키는데, 즉 메탄올을 제거할 필요가 없고, 미생물 기원의 지방을 생성하는데 이용될 수 있다.
상술된 바는, 미사용된 충분량의 탄화수소 사슬을 함유하는 불순한 글리세롤 분획으로부터 이미 상대적으로 산화된 단계에 있는 본질적으로 모든 유기 탄소 화합물이, 미생물이 이 혼합물을 지질로 이용할 수 있는 그러한 효율을 지닌 채로 사용될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 사용된 다가 알코올은 탄소수 3 이상의 다가 지방족 알킬 알코올로부터 선택된다. 바람직하게는, 다가 알코올은 포스포리피드 또는 스테롤로부터 형성된 알코올인 글리세롤이다. 가장 적합하게는, 다가 알코올은 글리세롤이다. 한편 1가 알코올은 탄소수 1 내지 4의 알킬 알코올로부터 선택되며, 바람직하게는 메탄올, 에탄올 또는 1-프로판올이다. 가장 적합하게는, 1가 알코올은 메탄올이다.
미생물은 천연 또는 개질된, 지방 축적 미생물, 바람직하게는 효모, 곰팡이, 박테리아 및 조류(algae)로부터, 더욱 바람직하게는 효모 및 곰팡이로부터, 가장 적합하게는 효모로부터 선택된다. 상기 미생물이 지질을 생성할 수 있다는 것이 중요하다.
본 발명에 적합한 지방 축적 효모 속(genus)에는 하기 것들이 포함된다:
ㆍ 칸디다(특히 C. 쿠르바타(curvata))
ㆍ야로위아(특히 Y. 리폴리티카)
ㆍ리포마이세스(특히 L. 스타케이)
ㆍ로도토룰라(특히 R. 글루티니스)
상응하게, 본 발명에 적합한 지방 축적 곰팡이 속에는 하기 것들이 포함된다:
ㆍ모르티에렐라(Mortierella)
ㆍ뮤코(Muco)
ㆍ갈락토마이세스
상응하게, 지방 축적 세균 속에는 하기 것들이 포함된다:
ㆍ로도코커스(Rodococcus)
ㆍ오실레토리아(Oscillatoria)
마찬가지로, 지방 축적 미세조류 속에는 하기 것들이 포함된다:
ㆍ크립테코디니우미(Crypthecodiniumi)
ㆍ울케니아(Ulkenia)
ㆍ스키조키트리움(Schizochytrium).
본 발명의 바람직한 하나의 구체예에 따르면, 지방산 함유 지질을, 바람직하게는 세포의 건조 중량에 대해 12 내지 60%의 양으로 이들의 세포 내로 합성시키는 미생물이 지질의 합성을 위해 사용된다.
본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따르면, 탄소 공급원으로서 단쇄 알코올 및 글리세롤을 사용할 수 있는 미생물이 지질의 합성을 위해 사용된다.
본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따르면, 미생물에 대해 적합한 방식으로 처리된, 본 발명에서 형성된 지질 비함유 바이오매스가 배양 기질에 대한 영양성분으로 사용된다. 배양 기질에는, 이들 성분에 부가하여, 사용된 미생물에 대해 유리한 성분이 보충될 수 있다. 지질을 생성시키기 위해, 미생물은 일반적으로 특히 탄소 공급원(본 발명에서 이것은 출발 물질로부터 얻어진다), 질소 공급원, 예컨대 무기 암모늄 염(예를 들어, 황산암모늄) 또는 유기 질소 공급원(예를 들어, 아미노 질소, 효모 추출물, 또는 가수분해된 세포 덩어리), 및 미량 원소 공급원, 예컨대 포스페이트, 설페이트, 클로라이드, 비타민 또는 양이온 공급원(예를 들어, Mg, K, Na, Ca, Fe 또는 Cu 이온의 공급원)을 필요로 하며, 이에 의해 이들 성분은 필요에 따라 기질 상으로 첨가될 수 있다. 본 발명의 방법을 적용하는 경우, 배양 기질의 알코올 함량은 바람직하게는 2 내지 36중량%이다.
미생물로부터 지질을 회수하기 위해, 세포가 먼저 회수된 다음, 이들은 분쇄되거나 이들은 예를 들어 자가분해의 결과로서 분쇄되며, 이에 의해 지질은 수성 상으로부터 오일 상으로서 분리되거나, 다르게는 미생물 덩어리는 그 자체로서 또는 상이한 공지된 방법에 의해 상기 미생물 덩어리로부터 얻어진 분획이 지질로서 사용된다. 미생물에 함유되거나 이 미생물에 의해 생성되는 지방산 함유 지질은 세포로부터 지질의 사전 분리 없이 트랜스에스테르화될 수 있거나 세포들은 분쇄되고 지질은 분쇄된 세포로부터 유기 용매를 사용하여 추출된다. 본 발명에 적합한 지질의 회수 방법은 예를 들어 간행물(Z. Jacob: Yeast Lipids: Extraction, Quality Analysis, and Acceptability, Critical Reviews in Biotechnology, 12(5/6); 463-491(1992))에 기재되어 있다.
세포에서 형성되는 지질의 양은 본 발명의 방법을 이용하는 경우 세포 건조 물질의 최대 60%까지 증가한다.
본 발명의 방법에 따라 생성되는 지질 또는 지질 혼합물은 다수의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 트랜스에스테르화와 같은 에스테르화, 또는 수소처리(hydrotreating)가 지질, 지질 혼합물, 지질 함유 세포 또는 이의 분획에 대해 사용된다.
본 발명의 특히 바람직한 하나의 구체예에 따르면, 생성된 지질은 지방산의 알코올 에스테르의 생성을 위해 사용된다. 더욱 적합하게는, 지방산의 이러한 알코올 에스테르는 추가로 바이오연료, 예컨대 바이오디젤의 제조에 사용된다. 더욱 더 바람직하게는, 이러한 지방산 에스테르는 추가로 바이오디젤(메틸 또는 에틸 에스테르) 또는 재생가능한 디젤(동물, 식물 또는 미생물의 수소처리된 지질로서, 이에 의해 미생물 지질은 박테리아, 효모, 곰팡이, 조류 또는 다른 미생물로부터 유래할 수 있다)의 제조에 사용된다. 상응하게, 본 발명의 방법에 사용된 출발 물질은 일반적으로 약 2 내지 10%의 비누를 함유하는, 바람직하게는 예를 들어, 바이오디젤의 제조 중에 형성된 메탄올 함유 글리세롤 분획으로부터 얻어진다. 물(및 다가 알코올, 예컨대 메탄올)의 양은 이 물이 비누화 반응을 일으키기 때문에, 반응에서 최소화된다. 20% 미만, 바람직하게는 2 내지 10%의 물이 상기 메탄올 함유 글리세롤 분획으로부터 배출된다. 이러한 물 함량은 본 발명의 방법에 사용된 출발 물질에서 바람직하다.
지방산의 트리글리세리드를 포함하는 식물성 오일 및 동물성 지방은 일반적으로 디젤 연료에 대한 원료로 사용되어 왔다. 이러한 원료를 연료로 변형시키는 것은 트랜스에스테르화, 촉매에 의한 수소처리, 수소 분해, 촉매에 의한 분해 및 열 분해와 같은 공정들을 포함한다. 전형적으로, 트리글리세리드는 그 자체로서 사용되지는 않았지만, 트랜스에스테르화 반응에서 각각의 지방산 에스테르로 변형되었다.
본 발명의 생성물은, 예를 들어 마지막에 언급된 반응에서 원료 물질로서, 바람직하게는 지방산의 에스테르화 또는 식물 또는 동물 기원의 지질을 수소처리하는 공정에서 공급물로서, 가장 바람직하게는 소위 HVO ("수소첨가된 식물성 오일")가 제조되는 공정에서 공급물로서 사용하기에 적합하다.
트랜스에스테르화에 사용되는 본 발명에 따른 생성물은 바람직하게는 최종 생성물, 즉 연료에 대한 유리한 냉 흐름 특성을 얻기 위해 이중 결합을 함유한다.
본 발명에서 형성되는 지질은 예를 들어 트리글리세리드의 효소에 의한 가수분해에서 또는 지방의 정제와 관련하여 형성되는 0 내지 40중량%의 유리 지방산을 함유할 수 있다. 또한 이들 지방산은 바이오연료의 제조에서 그 자체로서 이용될 수 있거나, 산 및 트리글리세리드는 메틸 에스테르로 에스테르화되고 이는 한편으로 바이오디젤에 사용될 수 있다.
EU-지시된(directive) 2003/30/EY에 따르면, "바이오디젤"은 바이오디젤로서 사용될 수 있는 디젤 품질을 갖는, 식물성 오일 또는 동물성 오일로부터 생성된 메틸-에스테르를 의미한다.
지질의 분리 후에 남아있는, 미생물로부터 형성된 바이오매스는 다수의 다양한 방식으로, 예컨대 미생물의 성장에 필요한 배양 기질에 그 자체로 또는 효소적, 화학적, 또는 기계적인 방식을 포함하는 물리적 처리 후에 다시 한번 더 이것을 이용함으로써 처리가능하고 이용가능하다. 다르게는, 지질 비함유 세포 덩어리는 다양한 구성요소 분획들로 분리된다. 바람직한 대안은, 세포 덩어리에 대해 직접 산 촉매적 가수분해를 실시하고, 그 후 지질을 예를 들어 상 분리에 의해 다른 가수분해된 세포 덩어리로부터 분리할 수 있고, 남아있는 바이오매스는 미생물을 배양하는데 사용될 수 있다. 다른 대안은 상업적으로 중요한 성분들을 분리하기 위해 지질 비함유 세포 덩어리를 사용하는 것이다. 이들은 단백질, 단백질 가수분해물, 단백질로부터 유래한 펩타이드, 및 특히 효모를 이용하는 경우에 상기 언급한 것들에 부가하여 베타-글루칸, 크산탄, 비타민, 비타민 전구물질 및 스테롤을 포함한다. 지질의 바람직한 용도는, 지방산 에스테르를 생성하기 위해 지질 원료와 같은 지질 함유 미생물 덩어리를 사용하는 것이다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 이들은 어떤 방식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명은 또한 결코, 사용된 미생물 균주에 제한되지 않는다. 본 발명은 사용된 균주에 부가하여, 동일한 종 또는 속의 다른 균주를 이용하여서도 수행될 수 있다.
지질 생성 미생물(또한 조류)이 일반적으로 이용가능하며, 이들은 다수의 균주 수집물(strain collection), 예를 들어 ATCC, DSM 등에서 확인될 수 있다. 지질 생성 미생물, 및 이 미생물을 이용한(또한 조류를 이용한) 지질 생성 공정은 문헌에 기재되어 있다[예를 들어, 문헌(Single Cell Oils, eds. Z. Cohen and C. Ratledge, AOCS Press, 2005 and Microbial Lipids, eds. C. Ratledge and S.G. Wilkinson, vol. 1 and 2, Academic Press, 1988) 참조].
실시예
실시예
1. 본 발명에 따른 출발 물질 상에서의 효모의 성장
야로위아 리폴리티카 ATCC 20373 및 로도토룰라 글루티니스 TKK 3031 효모를, 5%(중량/부피) 비누 함유 바이오디젤 글리세롤 분획, 즉 본 발명의 출발 물질, 또는 본 발명에 따라 비누가 제거된 바이오디젤 글리세롤 분획이 보충된 YNB 기질 상에서 배양하고, 이들을 30℃에서 250rpm에서 진탕시키고, 클레트-서머슨 비색계(Klett-Summerson Colorimeter)를 사용하여 불투명도의 증가에 의해 성장을 모니터하였다. 성장 곡선이 도 2에 도시되어 있다. 도면으로부터 효모가 비누 함유 글리세롤 분획 상에서 매우 불량하게 성장하였음을 확인할 수 있다. 비누를 함유하지 않는 글리세롤 분획 상에서 배양된 효모의 성장은 배양 시간에 대해 거의 선형인 것처럼 보이는 점이 주목되는데, 이 점은 이러한 배양 방식에 대해서는 특이한 것이고, 불투명도의 증가는 혼합물의 다른 성분과 비누에 의해 생성된 에멀젼의 결과물일 수 있다. 세포의 회수는 심지어 원심분리에 의해서도 가능하지 않은데, 이는 잔류 양의 세포가 비누와 관련되었고 이들이 함께 상 분리를 통한 원심분리의 중력에 저항하였음을 나타낸다. 결과적으로, 세포의 지방 함량이 또한 측정될 수 있었다.
상기 설명된 실험은 지방산 에스테르의 산 촉매적 제조에서 형성된 글리세롤 분획(비누 함유 바이오디젤-글리세롤 분획)이 글리세로리피드의 미생물학적 생성에 적합하지 않음을 보여준다.
실시예
2. 순수 글리세롤 상에서의 효모의 성장
실시예 1의 효모를, 5 또는 10% (w/v)의 순수(99% 초과까지) 글리세롤(제조업체: J.T. Baker, USA)을 탄소 공급원으로 갖는 YNB 기질 상에서 배양하였다. 배양을 실온에서 그리고 250 rpm에서의 진탕을 이용하여 수행하였다. 효모의 성장 곡선이 도 3에 도시되어 있다. 효모는 매우 천천히 또는 단지 적절한 세포 함량까지 성장하였다. 특히 R. 글루티니스 효모가 불량하게 성장하였는데, 10% 글리세롤 상에서 이 효모는 전혀 성장하지 않았다.
따라서, 본 발명에 따라 비누가 제거된 글리세롤 분획에 대해서는, 메탄올을 함유하지 않는 순수 글리세롤이 미생물 덩어리를 생산하기 위한 및 따라서 글리세로리피드를 생산하기 위한 효율적인 탄소 공급원이 아님을 결론지을 수 있다.
실시예
3. 성장에 대한 메탄올 효과
글리세롤 양의 2중량% 메탄올을 실시예 2에 따른 기질에 첨가하고 효모의 성장을 모니터하였더니, 메탄올의 존재가 효모의 성장을 촉진시켰거나 또는 성장에 전혀 영향을 미치지 않았음이 확인되었다(도 4).
따라서, 이들 실험으로부터 글리세롤 분획 중의 알코올의 존재가 글리세롤 분획의 완전한 사용에 대해서는 유리함이 입증된다.
실시예
4. 본 발명에 따라 비누가 제거된, 글리세롤 분획에 대한 효모의 성장 및 지방의 생성
Y. 리폴리티카 및 R. 글루티니스 효모를 5; 12.5; 또는 25% (w/v) 글리세롤 분획(비누가 제거된)이 보충된 YNB 기질 상에서 성장시켰다. 배양을 250 rpm에서 진탕시키면서 실온에서 실시하였다. 성장 곡선이 도 5에 도시되어 있다. 도면으로부터, 효모가 신속하게 그리고 거의 또한 5 및 12.5%의 글리세롤 분획을 함유하는 기질 상에서는 성장하였지만, 25% 글리세롤 분획은 성장을 명확하게 지연시켰음이 확인된다. 이 실험에서, R. 글루티니스는 또한 12.5%의 글리세롤 분획을 함유한 기질 상에서 성장하였다. 그러나, 5% 글리세롤 분획이 함유된 기질의 경우에는 2% 변위(displacement)가 사용된 반면, 글리세롤 농도가 더 높은 경우에 변위 크기가 1%였음이 주목되어야 한다. 그러나, 이것은 얻어진 세포 농도 또는 지방의 양에 대해 효과를 갖는 것으로 여겨지지 않는다.
지방 함량을, 가스 크로마토그래피에 의해 다양한 시점에서 비누를 함유하지 않는 바이오디젤-글리세롤(5/12.5% 글리세롤 분획) 상에서 배양된 세포로부터 측정하였다. 그 결과가 도 6a 내지 6b에 도시되어 있다. 이 도면들로부터, 효모 세포의 지방 함량이 글리세롤 농도가 더 낮아지는 경우 증가하였음이 확인될 수 있다. R. 글루티니스 효모는 연구된 조건에서 Y. 리폴리티카 효모보다 훨씬 더 많은 지방을 함유하고 있었다.
실시예
5. 비누를 함유하지 않는 글리세롤 상에서의 곰팡이의 배양
갈락토마이세스 지오트리쿰(지오트리쿰 칸디둠) DSM 1240 곰팡이를, 본 발명에 따라 비누가 제거된 바이오디젤 글리세롤 분획, 또는 순수 글리세롤(제조업체: J.T. Baker) 25 g/l를 함유하는 50 ml의 배양 기질(효모 추출물 3 g/l, KH2PO4 3 g/l, MgSO4 5 g/l) 상에서 배양하였다. 비교 실험에서, 글루코스(20 g/l)를 탄소 공급원으로 제공하였다. 세포들을 48시간 동안 200 rpm에서 진탕시키면서 20℃의 온도에서 배양하였다. 성장을 클레트-서머슨 비색계로 모니터하였다. 다양한 탄소 공급원 상에서 배양된 세포의 성장 곡선이 도 7a에 도시되어 있다. 도면으로부터, 본 발명에 따라 비누가 제거된 바이오디젤-글리세롤이 곰팡이에 대한 우수한 탄소 공급원으로 제공되었고, 글루코스 상에서 배양된 세포의 성장과 비교하여 세포의 성장에서 어떠한 현격한 차이도 확인되지 않았음이 확인될 수 있다. 바이오디젤 글리세롤 분획 중에 함유된 메탄올은 곰팡이 성장에 대해서는 임의의 촉진 효과 뿐만 아니라 임의의 억제 효과를 갖는 것으로 확인되지 않았다.
곰팡이 세포의 지방 함량을 24시간 및 48시간의 시점에서 측정하였다. 도 7b로부터 탄소 공급원으로서 바이오디젤 글리세롤 분획이 다른 연구된 탄소 공급원을 사용한 경우보다 세포에서 더 높은 지방 함량을 생성시켰음이 명확해진다(48시간 째에, 차이는 통계학적으로 유의하였다, P ＜ 0.005). 또한, 배양시간을 연장함에 의해 곰팡이 세포의 지방 함량은 아마도 훨씬 더 상승할 것임이 주목되어야 한다.
실시예
6. 글리세롤 상에서의 조류의 배양
이원자의 패오닥틸룸 트리코르누툼(Phaeodactylum tricornutum)을, 탄소 공급원으로 본 발명에 따라 비누가 제거된 바이오디젤-글리세롤 분획을 이용하여 혼합배양하였다. 순수 글리세롤(제조업체: J.T. Baker)을 대조 탄소 공급원으로 제공하였다. 배양 기질(멸균된 해수) 중의 글리세롤 농도는 8 g/l이었다. 배양물이 멸균 필터를 통해 송풍된 공기에 의해 교반되고 형광 램프를 이용하여 지속적으로 조명되도록, 1 l의 에를렌마이어 플라스크(Erlenmeyer flask) 중에서 배양을 실시하였다. 세포를 250시간 동안 배양하고, 그 후 바이오디젤-글리세롤 분획에 대한 세포 수율은 2.0 g의 건조 세포 질량/l였고, 정제된 글리세롤에 대해서는 1.8 g/l였다. 세포로부터 얻어진 지방 함량은 바이오디젤-글리세롤 분획에 대해서는 121 mg/건조 물질 g였고, 정제된 글리세롤에 대해서는 128 mg/건조 물질 g였다.
Claims (24)
- 하나 이상의 알코올 및 비누(soap) 또는 비누 전구물질을 포함하는 출발 물질로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법으로서,
- 금속-이온 형성제를 출발 물질에 첨가하여 불용성 상 및 액체 상을 함유하는 혼합물을 형성시키는 단계;
- 액체 상으로부터 불용성 상을 분리하는 단계;
- 지질 생성 미생물을 배양 기질 상에서 액체 상과 접촉시켜, 미생물 세포로부터 지질을 생성시키기 시작하는 단계; 및
- 지질을 수거하는 단계를 특징으로 하는 방법. - 제 1항에 있어서, 출발 물질이 다가 알코올, 1가 알코올 또는 이둘 모두, 및 비누 또는 비누 전구물질을 포함하고, 바람직하게는 출발 물질이 지질의 트랜스에스테르화의 결과로 생성된 분획임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 알코올의 양이 출발 물질의 절반 이상, 바람직하게는 70 내지 99중량%임을 특징으로 하는 방법.
- 지질 생성 미생물을 배양 기질 상에서 알코올 함유 액체 상과 접촉시켜 미생물 세포로부터 지질을 생성되기 시작하는 단계; 및 지질을 수거하는 단계를 포함하여, 하나 이상의 알코올을 포함하는 알코올 함유 액체 상으로부터 지질 또는 지질 혼합물을 형성시키는 방법에 있어서,
알코올의 양이 액체 상의 36 내지 100중량%임을 특징으로 하는 방법. - 제 4항에 있어서, 액체 상이 다가 알코올, 1가 알코올 또는 이둘 모두를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 알코올의 양이 액체 상의 70 내지 100중량%임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 다가 알코올이 포스포리피드 또는 스테롤로부터 형성된 알코올인 글리세롤임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 1가 알코올이 메탄올, 에탄올 또는 1-프로판올, 바람직하게는 메탄올임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 불용성 상이 비누를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 상이 제 4항의 알코올 함유 액체 상을 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 산이 금속-이온 형성제의 첨가 전에 혼합물에 첨가되어, pH를 3 내지 8의 값, 바람직하게는 6 내지 8의 값으로 조정함을 특징으로 하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 산이 유기 산, 바람직하게는 아세트 산, 포름 산 또는 락트 산임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 금속-이온 형성제가 염화칼슘 또는 염화마그네슘, 바람직하게는 염화칼슘임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 금속-이온 형성제가 고체 또는 액체로서, 바람직하게는 고체로서 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 금속-이온 형성제가 비누의 40% 이상을 침전시키는 양으로 첨가되며, 바람직하게는 금속-이온 형성제가 비누의 양과 비교하여 화학양론적 양의 금속 이온이 형성되게 하는 양으로 첨가되며, 가장 바람직하게는 10%의 화학양론적 과량으로 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 배양 기질 내 알코올 함량이 2 내지 36중량%임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 미생물이 효모, 곰팡이, 박테리아 또는 조류, 바람직하게는 효모 또는 곰팡이, 가장 바람직하게는 효모임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 미생물의 세포 덩어리(cell mass) 또는 이 세포에 의해 생성된 지질을 수거하고, 그 후 지질, 지질 함유 분획 또는 지질 혼합물을 바람직하게는 수거된 세포 덩어리의 세포로부터 분리함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 지질, 지질 혼합물, 지질 함유 세포 또는 이의 분획에 대해 에스테르화 또는 수소처리를 수행함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 수거된 세포 덩어리, 또는 지질이 분리된 세포 덩어리를 배양 기질 중에서 재사용함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 덩어리를 사용하기 전에 세포 덩어리 상에서 효소적, 화학적 또는 물리적 처리를 수행함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 성분, 예컨대 단백질, 단백질 가수분해물, 단백질로부터 유래하는 펩타이드, 베타-글루칸, 크산탄, 비타민, 비타민 전구물질 또는 스테롤 또는 이들의 다수를 지질 함유 세포로부터 분리함을 특징으로 하는 방법.
- 지방산의 에스테르화에서 또는 지질이 수소처리되는 공정에서 공급물로서 사용되는, 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생성된 지질 또는 지질 혼합물의 용도.
- 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 지질 또는 지질 혼합물을 생성하는데 사용되는, 바이오디젤의 제조 시에 형성되는 알코올 혼합물의 용도.
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