RU2333962C2 - Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism - Google Patents

Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism Download PDF

Info

Publication number
RU2333962C2
RU2333962C2 RU2006136401/13A RU2006136401A RU2333962C2 RU 2333962 C2 RU2333962 C2 RU 2333962C2 RU 2006136401/13 A RU2006136401/13 A RU 2006136401/13A RU 2006136401 A RU2006136401 A RU 2006136401A RU 2333962 C2 RU2333962 C2 RU 2333962C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phb
chloroform
microorganism
dry biomass
biomass
Prior art date
Application number
RU2006136401/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006136401A (en
Inventor
Тать на Николаевна Прудскова (RU)
Татьяна Николаевна Прудскова
Вера Ипполитовна Кирилович (RU)
Вера Ипполитовна Кирилович
шина Нина Александровна Заковр (RU)
Нина Александровна Заковряшина
Нина Ивановна Ермилина (RU)
Нина Ивановна Ермилина
Тать на Ивановна Андреева (RU)
Татьяна Ивановна Андреева
Гарина Александровна Бонарцева (RU)
Гарина Александровна Бонарцева
Антон Павлович Бонарцев (RU)
Антон Павлович Бонарцев
Алексей Леонидович Иорданский (RU)
Алексей Леонидович Иорданский
Тать на Константиновна Махина (RU)
Татьяна Константиновна Махина
Вера Леонидовна Мышкина (RU)
Вера Леонидовна Мышкина
Владимир Олегович Попов (RU)
Владимир Олегович Попов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Институт пластмасс имени Г.С. Петрова"
Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Институт пластмасс имени Г.С. Петрова", Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН filed Critical Открытое акционерное общество "Институт пластмасс имени Г.С. Петрова"
Priority to RU2006136401/13A priority Critical patent/RU2333962C2/en
Publication of RU2006136401A publication Critical patent/RU2006136401A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2333962C2 publication Critical patent/RU2333962C2/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of biotechnology, namely, to isolation of polyhydroxibutyrate (PHB) from dry biomass of microorganism obtained by fermentative synthesis. The method involves extracting dry biomass of microorganism of genus Azotobacter with content of PHB of 50 to 75%, that of nitrogen of 1.2 to 3.5% and ash of 10 to 25% by chloroform at temperature 30-40°C and concentration of PHB in chloroform of 0.3 to 0.55 g/l, supplying PHB solution in chloroform to isopropyl alcohol evenly with rate of 1 to 3 l/hour with further separation and drying of target product.
EFFECT: obtaining a method of isolation of polyhydroxibutyrate for medicinal purpose with a preset molecular weight, output of 95-98.5% and purity of 99.5-99.95%, at process duration of 8-10.5 hours.
1 tbl, 19 ex

Description

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности выделению полигидроксибутирата (далее - ПГБ) из биомассы, полученной ферментативным синтезом.The invention relates to the field of biotechnology, in particular the selection of polyhydroxybutyrate (hereinafter - PHB) from biomass obtained by enzymatic synthesis.

Под биомассой подразумевают совокупность всех органических веществ, которые продуцируются при определенных условиях клетками животных, растений или микроорганизмов, включая генетически модифицированные формы. ПГБ представляет собой пластичный, биодеградабельный и биосовместимый полимер, который может найти применение прежде всего в медицине, а также в сельском хозяйстве и промышленности.By biomass is meant the totality of all organic substances that are produced under certain conditions by cells of animals, plants or microorganisms, including genetically modified forms. PHB is a plastic, biodegradable and biocompatible polymer that can be used primarily in medicine, as well as in agriculture and industry.

Отделение ПГБ от клеточного материала представляет весьма сложную задачу.Separating PHB from cellular material is a very difficult task.

Использование традиционных способов выделения, широко применяемых в экстракции растительных масел из масличных семян, например механическое прессование, седиментация, не дают желаемого результата.The use of traditional methods of isolation, widely used in the extraction of vegetable oils from oilseeds, such as mechanical pressing, sedimentation, do not give the desired result.

Методы выделения различных веществ, применяемые в химической технологии и описанные в литературе, сводятся в основном к экстракции целевого продукта, в данном случае ПГБ, из сухой или из сырой биомассы.The methods for isolating various substances used in chemical technology and described in the literature are reduced mainly to the extraction of the target product, in this case, PHB, from dry or from raw biomass.

Если экстракция проводится из сухой биомассы, то ей предшествует обработка сырой биомассы, содержащей целевой продукт - ПГБ, органическим растворителем, нерастворяющим ПГБ (далее - нерастворитель), с целью освобождения от воды, липидов, неорганических солей и других примесей; отделение осадка - клеточной массы, содержащей ПГБ, известными способами - фильтрацией или центрифугированием и ее сушка (ЕР №0015123, С12Р 7/62, опубл. 22.12.1982 г.; пат. США №3036959, НКИ 435-146, МПК С12Р 7/62, опубл. 29.05.1962 г.; пат. США №3044942, НКИ 195-47, класс по МПК - не указан, опубл. 17.07.1962 г.). В частности, в ЕР №0015123 предлагается для осушки сначала через сырую биомассу пропустить поток газа при температуре не менее 100°С для испарения воды, а затем обработать ее ацетоном или метанолом. Ацетон используется также и в способах выделения ПГБ, защищенных патентами США №3036959 и №3044942.If the extraction is carried out from dry biomass, then it is preceded by processing the raw biomass containing the target product - PHB, with an organic solvent, insoluble PHB (hereinafter - the non-solvent), in order to free from water, lipids, inorganic salts and other impurities; separating the precipitate — the cell mass containing PHB, by known methods — by filtration or centrifugation and drying it (EP No. 0015123, С12Р 7/62, publ. 12/22/1982; US Pat. No. 3036959, NKI 435-146, IPC С12Р 7 / 62, published on May 29, 1962; US Pat. No. 3044942, NKI 195-47, IPC class - not specified, published on July 17, 1962). In particular, in EP No. 0015123 it is proposed for drying to first pass through a raw biomass gas stream at a temperature of at least 100 ° C to evaporate the water, and then treat it with acetone or methanol. Acetone is also used in the methods for isolating PHB, protected by US patents No. 3036959 and No. 3044942.

Непосредственно сама экстракция ПГБ из сухой биомассы осуществляется растворителем ПГБ, отделяется клеточная масса известными способами - фильтрацией или центрифугированием, затем проводится осаждение целевого продукта - ПГБ нерастворителем, его отделение и сушка.The very extraction of PHB from dry biomass is carried out with a PHB solvent, the cell mass is separated by known methods - filtration or centrifugation, then the target product is precipitated with non-solvent PHB, its separation and drying.

В случае прямой экстракции ПГБ из сырой биомассы последняя обрабатывается растворителем ПГБ, отделяется органическая фаза, содержащая ПГБ, фильтрацией или центрифугированием; затем проводится осаждение ПГБ нерастворителем, отделение осадка ПГБ центрифугированием, фильтрацией или в обогреваемом сепараторе и сушка целевого продукта.In the case of direct extraction of PHB from crude biomass, the latter is treated with a PHB solvent, the organic phase containing PHB is separated by filtration or centrifugation; then, PHB is precipitated with a non-solvent, the PHB precipitate is separated by centrifugation, filtration or in a heated separator, and the target product is dried.

Необходимо отметить, что в последнее время в большинстве случаев при прямой экстракции проводится подсушивание сырой биомассы, например, центрифугированием в дисковом сепараторе (заявка ФРГ №4036067, С12Р 7/62, опубл. 14.05.1992 г.), пропусканием газа с температурой 100-500°С (пат. США №4324907, НКИ 560-185, МПК С07С 67/56, опубл. 13.04.1982 г.).It should be noted that recently, in most cases, direct extraction involves drying of raw biomass, for example, by centrifugation in a disk separator (German application No. 4036067, С12Р 7/62, publ. 05/14/1992), passing gas at a temperature of 100- 500 ° C (US Pat. No. 4,234,907, NKI 560-185, IPC S07C 67/56, publ. 04/13/1982).

В качестве экстрагирующего растворителя используются частично галогенированные углеводороды, такие как 1,2-дихлорэтан, хлороформ (ЕР №0015123, ЕР №0015669, С12Р 7/62, опубл. 17.09.1980 г.; пат. США №4324907); 1,1,2-трихлорэтан, 1,1,2,2-тетрахлорэтан (пат. США №4310684, НКИ 560-185, МПК С07С 69/675, опубл. 12.01.1982 г.), метиленхлорид (заявка ФРГ №4036067). Как правило, процесс осуществляется при температуре более 40°С. Причем среди них есть такие как, например, хлороформ, с которыми получается сравнительно хороший выход, и такие как, например, 1,2-дихлорэтан, с которыми получается чистый ПГБ.Partially halogenated hydrocarbons, such as 1,2-dichloroethane, chloroform (EP No. 0015123, EP No. 0015669, С12Р 7/62, publ. September 17, 1980; US Pat. No. 4,324,907) are used as the extracting solvent; 1,1,2-trichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane (US Pat. No. 4,310,684, NKI 560-185, IPC S07C 69/675, publ. 12.01.1982), methylene chloride (German application No. 4036067 ) As a rule, the process is carried out at a temperature of more than 40 ° C. Moreover, among them there are such as, for example, chloroform, with which a relatively good yield is obtained, and such as, for example, 1,2-dichloroethane, with which pure PHB is obtained.

В патенте ФРГ №19533459 (С08G 63/89, опубл. 28.11.1996 г.) и заявке ФРГ №19623778 (С08G 63/90, опубл. 14.06.1996 г.) используются метил- и этиллактаты, но при этом температуры экстракции высоки (например, для этиллактата - 154°С). В заявке ФРГ №19712702 (С08G 63/06, опубл. 01.10.1998 г.) описано применение уксусной кислоты, а в заявке ГДР №229428 (С12Р 7/62, опубл. 06.11.1985 г.) - уксусный ангидрид. Но в этих растворителях уже вблизи 70°С происходит гелеобразование и смешение с побочными компонентами биомассы. При этом часть растворителя сохраняется в ПГБ, придавая продукту специфический запах. Не исключается также возможный гидролиз ПГБ с уменьшением молекулярной массы. В патенте ФРГ №19955381 (С12Р 7/62, опубл. 22.02.2001 г.) описывается экстракция 1-метил-2-пирролидоном при 80-120°С, причем при экстракции прибавляется связывающее воду вещество, предпочтительно уксусный ангидрид. По патенту США №3036959 экстракция осуществляется с использованием пиридина при температуре более 40°С.In the patent of Germany No. 19533459 (C08G 63/89, publ. 11/28/1996) and the application of Germany No. 19623778 (C08G 63/90, publ. 06/14/1996), methyl and ethyl lactates are used, but the extraction temperatures are high (for example, for ethyl lactate - 154 ° С). The application of Germany No. 19712702 (C08G 63/06, publ. 01.10.1998) describes the use of acetic acid, and the application GDR No. 229428 (C12P 7/62, publ. 06.11.1985) describes acetic anhydride. But in these solvents, already near 70 ° C, gelation and mixing with side components of biomass occurs. At the same time, part of the solvent is stored in PHB, giving the product a specific smell. The possible hydrolysis of PHB with a decrease in molecular weight is also not ruled out. In the patent of Germany No. 19955381 (C12P 7/62, publ. 02.22.2001) describes the extraction of 1-methyl-2-pyrrolidone at 80-120 ° C, and during the extraction is added a water-binding substance, preferably acetic anhydride. According to US patent No. 3036959 extraction is carried out using pyridine at a temperature of more than 40 ° C.

Для осаждения ПГБ из органической фазы используют воду, метанол или их смесь, ацетон, петролейный эфир, неполярные растворители.To precipitate PHB from the organic phase, water, methanol or a mixture thereof, acetone, petroleum ether, non-polar solvents are used.

Сушка целевого ПГБ, предложенная в различных патентах, осуществляется при температуре от 50 до 80°С.Drying the target PHB, proposed in various patents, is carried out at a temperature of from 50 to 80 ° C.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ выделения ПГБ из биомассы, описанный в заявке ФРГ №4036067 (С12Р 7/62, опубл. 14.05.1992 г.). В соответствии с этим источником сухая биомасса обрабатывается с целью экстракции ПГБ хлоруглеводородом - метиленхлоридом (несмешивающимся с водой растворителем и имеющим температуру кипения ниже 100°С) - при нагревании в течение 30 минут. Затем отделяется клеточный материал центрифугированием со скоростью 2200 об/мин в течение 30 минут. Далее оставшаяся органическая фаза, содержащая ПГБ, впрыскивается в воду, нагретую выше температуры кипения растворителя (~80°С). Впрыскивание проводится со скоростью 300 л/час действием водяного пара с давлением 3 бар с помощью двойного сопла с диаметром 4 мм для раствора ПГБ и кольцевого зазора около 2 мм для пара. ПГБ выпадает в виде хлопьев, часть воды испаряется. Суспензия перемешивается в течение 30 минут при температуре 80°С. Затем целевой продукт отделяется центрифугированием и сушится при 80°С в течение 24 часов.Closest to the technical nature of the proposed is a method for the isolation of PHB from biomass, described in the application of Germany No. 4036067 (С12Р 7/62, publ. 05/14/1992). In accordance with this source, dry biomass is treated to extract PHB with chlorohydrocarbon - methylene chloride (a solvent immiscible with water and having a boiling point below 100 ° C) - when heated for 30 minutes. Cell material is then separated by centrifugation at a speed of 2200 rpm for 30 minutes. Then, the remaining organic phase containing PHB is injected into water heated above the boiling point of the solvent (~ 80 ° C). Injection is carried out at a speed of 300 l / h by the action of water vapor with a pressure of 3 bar using a double nozzle with a diameter of 4 mm for a PHB solution and an annular gap of about 2 mm for steam. PHB falls out in the form of flakes, part of the water evaporates. The suspension is stirred for 30 minutes at a temperature of 80 ° C. Then the target product is separated by centrifugation and dried at 80 ° C for 24 hours.

Выход продукта - 85%, чистота - 99%.The yield of the product is 85%, the purity is 99%.

Следует отметить, что предварительно при приготовлении сухой биомассы часть воды из сырой биомассы удаляется центрифугированием в дисковом сепараторе.It should be noted that previously, in the preparation of dry biomass, part of the water from the raw biomass is removed by centrifugation in a disk separator.

К недостаткам данного способа можно отнести следующие: хотя вода является дешевым и нетоксичным реагентом, однако использование больших ее количеств, в частности, на стадии удаления метиленхлорида приводит, с одной стороны, к необходимости ведения процесса при повышенной температуре (80°С) и, с другой - к протеканию процесса гидролиза полимера, что влечет за собой существенное снижение его молекулярной массы и препятствует получению полимера с заранее заданной молекулярной массой. Снижению молекулярной массы полимера способствует также и необходимость длительной сушки (до 24 час) выделенного из раствора ПГБ от воды при повышенной температуре (80°С). Небольшой выход готового продукта 85% является также результатом применения для его очистки больших количеств воды, а наличие даже малой примеси метиленхлорида делает невозможным применение такого ПГБ в медицинских целях.The disadvantages of this method include the following: although water is a cheap and non-toxic reagent, however, the use of large quantities of it, in particular, at the stage of methylene chloride removal, leads, on the one hand, to the necessity of conducting the process at elevated temperature (80 ° C) and, with another, to the process of polymer hydrolysis, which entails a significant decrease in its molecular weight and prevents the production of a polymer with a predetermined molecular weight. A decrease in the molecular weight of the polymer is also facilitated by the need for prolonged drying (up to 24 hours) of PHB extracted from a solution from water at an elevated temperature (80 ° C). A small finished product yield of 85% is also the result of the use of large amounts of water for its purification, and the presence of even a small admixture of methylene chloride makes it impossible to use such PHB for medical purposes.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в получении ПГБ медицинского назначения с заранее заданной молекулярной массой и повышенной чистотой полимера, а также ускорении технологического процесса выделения целевого продукта.The technical task of the invention is to obtain PHB for medical purposes with a predetermined molecular weight and high purity of the polymer, as well as accelerating the process of isolating the target product.

Технический результат, состоящий в получении ПГБ с молекулярной массой 300-1200 кДа, выходом не менее 90% и чистотой не менее 99,2% при сокращении времени процесса, достигается тем, что в способе выделения ПГБ из сухой биомассы микроорганизма, включающем экстракцию ПГБ хлоруглеводородом и отделение клеточного материала с последующим осаждением ПГБ из хлоруглеводорода при перемешивании, отделением и сушкой целевого продукта, в качестве сухой биомассы микроорганизма используют биомассу микроорганизма рода Azotobacter с содержанием ПГБ от 50 до 75%, азота от 1,2 до 3,5% и золы от 10 до 25%, в качестве хлоруглеводорода применяют хлороформ, экстракцию осуществляют при температуре 30-40°С и концентрации ПГБ в хлороформе от 0,3 до 0,55 г/л, а осаждение проводят путем равномерной подачи раствора ПГБ в хлороформе в изопропиловый спирт, причем скорость подачи составляет от 1 до 3 л/час.The technical result, consisting in obtaining PHB with a molecular weight of 300-1200 kDa, with a yield of at least 90% and a purity of at least 99.2% with a reduction in the process time, is achieved by the fact that in the method for the isolation of PHB from dry biomass of a microorganism, including the extraction of PHB with hydrogen chloride and separating the cellular material, followed by precipitation of PHB from chlorohydrocarbon with stirring, separating and drying the target product, use the biomass of a microorganism of the genus Azotobacter with a PHB content of 50 to 75% as a dry biomass of the microorganism and from 1.2 to 3.5% and ash from 10 to 25%, chloroform is used as chlorofluorocarbon, extraction is carried out at a temperature of 30-40 ° C and the concentration of PHB in chloroform is from 0.3 to 0.55 g / l, and deposition is carried out by uniformly supplying a solution of PHB in chloroform to isopropyl alcohol, the feed rate being from 1 to 3 l / h.

Сырую биомассу с содержанием сухого остатка 24-32%, полученную ферментативным способом с использованием микроорганизма рода Azotobacter, подготавливают любыми известными способами: путем промывки ее изопропиловым спиртом, вакуумной фильтрации изопропилового спирта с растворенными в нем липидными соединениями, подсушки и дробления отмытой биомассы до порошкообразного состояния.Raw biomass with a solids content of 24-32%, obtained by the enzymatic method using a microorganism of the genus Azotobacter, is prepared by any known methods: by washing it with isopropyl alcohol, vacuum filtering isopropyl alcohol with lipid compounds dissolved in it, drying and crushing the washed biomass to a powder state .

Предложенное техническое решение иллюстрируется следующими примерами (1-19). Следует отметить, что в примерах 1-13 и 17-19 используется сухая биомасса, полученная ферментативным способом с использованием штамма микроорганизма Azotobacter chroococcum 7Б; в примере 14 - с использованием штамма микроорганизма Azotobacter chroococcum 12A; в примере 15 - с использованием штамма микроорганизма Azotobacter chroococcum 35 и в примере 16 - с использованием штамма микроорганизма Azotobacter vinelandii 21.The proposed technical solution is illustrated by the following examples (1-19). It should be noted that in examples 1-13 and 17-19 used dry biomass obtained by the enzymatic method using a strain of the microorganism Azotobacter chroococcum 7B; in example 14, using a strain of the microorganism Azotobacter chroococcum 12A; in example 15, using a strain of the microorganism Azotobacter chroococcum 35 and in example 16, using a strain of the microorganism Azotobacter vinelandii 21.

Пример 1.Example 1

В трехгорлую колбу емкостью 3 литра, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 16 г сухой биомассы с содержанием ПГБ 70%, азота 1,66%, золы 13% и 1500 мл хлороформа. Включают мешалку и содержимое колбы интенсивно перемешивают в течение 2 часов при температуре 38°С, поместив колбу в нагреваемую водяную баню. В колбе получают суспензию сухой биомассы в хлороформе.A three-necked 3-liter flask equipped with a mechanical stirrer, reflux condenser and thermometer is charged with 16 g of dry biomass with a PHB content of 70%, nitrogen 1.66%, ash 13% and 1500 ml chloroform. The stirrer is turned on and the contents of the flask are vigorously stirred for 2 hours at 38 ° C, placing the flask in a heated water bath. In the flask, a suspension of dry biomass in chloroform is obtained.

Полученную суспензию отфильтровывают на воронке Бюхнера через два слоя фильтрующего материала (бельтинг и капрон) при вакууме 15 мм рт.ст. ост. и комнатной температуре. На фильтре образуется осадок, который представляет собой побочный продукт очистки сухой биомассы - клеточный материал.The resulting suspension is filtered on a Buchner funnel through two layers of filter material (belting and nylon) under a vacuum of 15 mm Hg. rest and room temperature. A precipitate forms on the filter, which is a by-product of the purification of dry biomass - cellular material.

Содержание ПГБ, находящегося в растворе хлороформа, равно 11,2 г, что соответствует 0,5% концентрации его в растворе.The content of PHB in the chloroform solution is 11.2 g, which corresponds to 0.5% of its concentration in the solution.

Далее в трехгорлую колбу емкостью 8 л, снабженную механической мешалкой, термометром, обратным холодильником, капельной воронкой, загружают 4500 мл изопропилового спирта. Включают мешалку и при интенсивном перемешивании содержимого колбы подают из капельной воронки 1500 мл 0,5% раствора ПГБ в хлороформе со скоростью 1,3 л/час. При этом ПГБ выделяется из раствора в виде белых хлопьев. По окончании введения раствора ПГБ в хлороформе в изопропиловый спирт мешалку выключают и оставляют образовавшийся гель для созревания на 1 час при комнатной температуре. Затем гель отфильтровывают на воронке Бюхнера через два слоя фильтровального материала (бельтинг и капрон) при вакууме 15 мм рт.ст. ост. Гель счищают с фильтрующего материала и снова помещают в трехгорлую колбу емкостью 1 л, снабженную механической мешалкой, термометром и обратным холодильником, куда загружают 350 мл изопропилового спирта, включают мешалку и проводят дополнительную промывку изопропиловым спиртом в течение 15 минут при комнатной температуре. Затем мешалку выключают, а осадок отфильтровывают от изопропилового спирта на воронке Бюхнера через два слоя фильтрующего материала (бельтинг и капрон) при вакууме 15 мм рт.ст. ост. и комнатной температуре. Осадок высушивают в сушильном шкафу при температуре 58-60°С в течение 2 часов. Получают 11,03 г (98,5%) ПГБ с содержанием основного вещества 99,95%, азота 0,1%, молекулярной массой 300 кДа.Then, in a three-necked flask with a capacity of 8 l, equipped with a mechanical stirrer, thermometer, reflux condenser, dropping funnel, 4500 ml of isopropyl alcohol are charged. The mixer is turned on and, with vigorous stirring, the contents of the flask are fed from a dropping funnel 1,500 ml of a 0.5% solution of PHB in chloroform at a rate of 1.3 l / h. In this case, PHB is released from the solution in the form of white flakes. Upon completion of the introduction of a solution of PHB in chloroform into isopropyl alcohol, the mixer is turned off and the resulting gel is left to mature for 1 hour at room temperature. Then the gel is filtered on a Buchner funnel through two layers of filter material (belting and nylon) under a vacuum of 15 mm Hg. rest The gel is cleaned from the filter material and again placed in a 1-liter three-necked flask equipped with a mechanical stirrer, thermometer and reflux condenser, where 350 ml of isopropyl alcohol are charged, the stirrer is turned on and additional washing with isopropyl alcohol is carried out for 15 minutes at room temperature. Then the mixer is turned off, and the precipitate is filtered off from isopropyl alcohol on a Buchner funnel through two layers of filter material (belting and kapron) at a vacuum of 15 mm Hg. rest and room temperature. The precipitate is dried in an oven at a temperature of 58-60 ° C for 2 hours. 11.03 g (98.5%) of PHB are obtained with a basic substance content of 99.95%, nitrogen 0.1%, and a molecular weight of 300 kDa.

Сырую биомассу с содержанием сухого остатка 24-32% предварительно подготавливают путем промывки ее изопропиловым спиртом, вакуумной фильтрации изопропилового спирта с растворенными в нем липидными соединениями, подсушки и дробления отмытой биомассы до порошкообразного состояния.Raw biomass with a solids content of 24-32% is preliminarily prepared by washing it with isopropyl alcohol, vacuum filtration of isopropyl alcohol with lipid compounds dissolved in it, drying and crushing the washed biomass to a powder state.

Сведения по примерам 2-16 (в соответствии с изобретением), 17-18 (сравнительные - при параметрах, выходящих за заявленные пределы) осуществляются по методике, описанной в примере 1, пример 19 - воспроизведение прототипа, приведены в таблице.Information on examples 2-16 (in accordance with the invention), 17-18 (comparative - with parameters that go beyond the stated limits) are carried out according to the method described in example 1, example 19 - reproduction of the prototype, are shown in the table.

Сопоставление предложенного способа со способом по прототипу затруднено тем, что способ по прототипу осуществлен не в лабораторных условиях, а на камеральной установке. В связи с этим способ по прототипу воспроизведен нами в лабораторных условиях.Comparison of the proposed method with the method of the prototype is complicated by the fact that the method of the prototype is carried out not in laboratory conditions, but on a cameral installation. In this regard, the prototype method is reproduced by us in the laboratory.

Пример 19 (по прототипу).Example 19 (prototype).

В трехгорлую колбу емкостью 2 л, снабженную водяной баней, механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 39 г сухой биомассы. К ней прибавляют 156 мл метиленхлорида и нагревают с обратной конденсацией 30 минут. Полученную смесь центрифугируют для отделения органического раствора ПГБ от водной фазы клеточного материала микроорганизмов.In a three-necked flask with a capacity of 2 l, equipped with a water bath, a mechanical stirrer, reflux condenser and thermometer, 39 g of dry biomass are charged. 156 ml of methylene chloride are added to it and heated under reflux for 30 minutes. The resulting mixture was centrifuged to separate the organic solution of PHB from the aqueous phase of the cellular material of microorganisms.

Органическую фазу впрыскивают при 80°С в пятигорлую колбу емкостью 2 л, снабженную термометром, механической мешалкой, обратным холодильником, двойным соплом, и содержащую 320 мл воды. Впрыскивание органической фазы со скоростью 50 л/час производят действием водяного пара давлением 0,5 бар с помощью двойного сопла с диаметром 1 мм для раствора и кольцевого зазора около 0,5 мм - для пара. Постоянство температуры поддерживают с помощью водяной бани. При этом выпадают хлопья ПГБ и испаряется часть воды. По окончании впрыскивания перемешивают суспензию 30 минут при 80°С. Наконец, снова центрифугируют массу в той же центрифуге и высушивают хлопья ПГБ в полочной сушилке при 80°С в течение 12 часов. При этом получают 9,5 г ПГБ (выход 85%) с чистотой 99,0% и содержанием метиленхлорида менее 1 млн.д. Продолжительность процесса составляет 14 часов.The organic phase is injected at 80 ° C. into a two-liter five-necked flask equipped with a thermometer, mechanical stirrer, reflux condenser, double nozzle and containing 320 ml of water. The organic phase is injected at a rate of 50 l / h by the action of water vapor with a pressure of 0.5 bar using a double nozzle with a diameter of 1 mm for a solution and an annular gap of about 0.5 mm for steam. The constancy of temperature is maintained by means of a water bath. In this case, the PHB flakes fall out and part of the water evaporates. At the end of the injection, the suspension is stirred for 30 minutes at 80 ° C. Finally, the mass is again centrifuged in the same centrifuge and the PHB flakes are dried in a shelf dryer at 80 ° C for 12 hours. In this case, 9.5 g of PHB (yield 85%) with a purity of 99.0% and a methylene chloride content of less than 1 ppm are obtained. The duration of the process is 14 hours.

Для приготовления сухой биомассы предварительно часть воды удаляют из сырой биомассы центрифугированием в дисковом сепараторе.To prepare dry biomass, a portion of the water is previously removed from the raw biomass by centrifugation in a disk separator.

Представленные примеры подтверждают достижение следующего технического результата:The presented examples confirm the achievement of the following technical result:

- полученный ПГБ обладает свойствами, позволяющими использовать его в медицине в виде пленок и нитей, например, как шовный биоразлагаемый материал, который не требует удаления с течением времени;- the obtained PHB has properties that can be used in medicine in the form of films and filaments, for example, as a suture biodegradable material that does not require removal over time;

- получен ПГБ с заранее заданной молекулярной массой 300-1200 кДа;- obtained PHB with a predetermined molecular weight of 300-1200 kDa;

- выход ПГБ составляет 95,0-98,5% против 85% по прототипу;- the output of PHB is 95.0-98.5% against 85% of the prototype;

- чистота ПГБ 99,5-99,95% против 99,0% по прототипу;- the purity of PHB 99.5-99.95% against 99.0% of the prototype;

- продолжительность процесса сократилась с 14 часов до 8-10,5 часов по сравнению с прототипом.- the duration of the process was reduced from 14 hours to 8-10.5 hours compared with the prototype.

Кроме того, предлагаемая технология выделения ПГБ малоотходна, т.к. большая часть растворителей возвращается в процесс и находится в цикле.In addition, the proposed technology for the isolation of PHB is low-waste, because most solvents return to the process and are in the cycle.

ТаблицаTable Характеристика исходного сырья, параметров процесса и технического результата в сравнении с прототипомThe characteristics of the feedstock, process parameters and technical result in comparison with the prototype № примераExample No. Содержание веществ и результаты анализа сухой биомассы, мас.%The content of substances and the results of the analysis of dry biomass, wt.% Температура экстракции, °СThe temperature of extraction, ° C Концентр. ПГБ в хлороформе, %Concentration PHB in chloroform,% Скорость подачи раствора ПГБ, л/чPHB solution feed rate, l / h Продолжит. процесса, чWill continue. process, h Выход целевого ПГБ, %The yield of the target PHB,% Содержание ПГБ в конечном продукте, %The content of PHB in the final product,% Молек. масса ПГБ, кДаMolek. mass of PHB, kDa ПГБPHB азотnitrogen золаash 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 11eleven В соответствии с изобретениемIn accordance with the invention 1one 7070 1,661,66 1313 3838 0,50.5 1,31.3 8,08.0 98,598.5 99,9599.95 300300 22 50fifty 3,43.4 2424 3838 0,370.37 1,11,1 9,09.0 96,096.0 99,599.5 370370 33 7575 1,31.3 11eleven 3838 0,530.53 1,21,2 10,010.0 97,097.0 99,699.6 680680 4four 7070 1,21,2 15fifteen 3535 0,450.45 1,51,5 9,59.5 98,098.0 99,8599.85 500500 55 5656 3,53,5 20twenty 3737 0,420.42 1,81.8 9,09.0 96,896.8 99,799.7 700700 66 7272 1,481.48 1010 3535 0,520.52 2,02.0 9,09.0 97,097.0 99,599.5 430430 77 5454 3,13,1 2525 4040 0,380.38 1,11,1 10,010.0 97,597.5 99,799.7 450450 88 5252 3,33.3 2323 30thirty 0,350.35 1,11,1 10,510.5 96,096.0 99,699.6 560560 99 6565 2,122.12 1616 4040 0,470.47 2,02.0 8,58.5 96,596.5 99,999.9 380380 1010 50fifty 3,53,5 2525 3838 0,30.3 3,03.0 8,08.0 95,095.0 99,799.7 11001100 11eleven 7575 1,21,2 10,010.0 3838 0,550.55 1,11,1 10,010.0 97,097.0 99,599.5 600600 1212 6767 2,02.0 14,814.8 4040 0,480.48 1,01,0 10,510.5 95,595.5 99,6599.65 10001000 1313 6060 2,62.6 1919 3838 0,430.43 3,03.0 8,58.5 97,097.0 99,899.8 12001200 14fourteen 7171 3,23.2 1919 3737 0,460.46 1,11,1 9,59.5 97,597.5 99,699.6 500500 15fifteen 5555 2,52,5 20twenty 4040 0,40.4 2,12.1 9,99.9 96,096.0 99,899.8 10001000 1616 6868 1,51,5 1212 3636 0,50.5 1,51,5 10,010.0 97,897.8 99,999.9 350350 Для сравненияFor comparison 1717 4949 3,63.6 25,625.6 2929th 0,280.28 0,90.9 11,011.0 90,090.0 99,299,2 12001200 18eighteen 7676 1,11,1 9,49,4 4141 0,570.57 3,13,1 12,012.0 93,093.0 99,599.5 10001000 ПрототипPrototype 1919 7272 1,31.3 1010 8080 -- 50fifty 14fourteen 8585 99,099.0 600600

При этом полученный технический результат не является очевидным. Казалось бы, логичнее при осаждении ПГБ из раствора, поскольку в реакторе находится раствор ПГБ в хлороформе, подавать туда осадитель - изопропиловый спирт. Однако обнаружилось, что при таком порядке ведения процесса увеличивается время осаждения полимера из раствора, снижается чистота продукта; при обратном же порядке введения реагентов, т.е. при равномерном добавлении раствора ПГБ в хлороформе в изопропиловый спирт с определенной скоростью, удается получить продукт улучшенного качества при ускорении процесса.Moreover, the technical result obtained is not obvious. It would seem more logical for the deposition of PHB from a solution, since the reactor contains a solution of PHB in chloroform, and a precipitant, isopropyl alcohol, is fed there. However, it was found that with this procedure, the time of deposition of the polymer from the solution increases, the purity of the product decreases; with the reverse order of introduction of the reagents, i.e. with the uniform addition of a solution of PHB in chloroform to isopropyl alcohol at a certain speed, it is possible to obtain a product of improved quality while accelerating the process.

Claims (1)

Способ выделения полигидроксибутирата из сухой биомассы микроорганизма, включающий экстракцию полигидроксибутирата хлоруглеводородом и отделение клеточного материала с последующим осаждением полигидроксибутирата из хлоруглеводорода при перемешивании, отделением и сушкой целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве сухой биомассы микроорганизма используют биомассу микроорганизма рода Azotobacter с содержанием полигидроксибутирата от 50 до 75%, азота от 1,2 до 3,5% и золы от 10 до 25%, в качестве хлоруглеводорода применяют хлороформ, экстракцию осуществляют при температуре 30-40°С и концентрации полигидроксибутирата в хлороформе от 0,3 до 0,55 г/л, а осаждение проводят путем равномерной подачи раствора полигидроксибутирата в хлороформе в изопропиловый спирт, причем скорость подачи составляет от 1 до 3 л/ч.A method of isolating polyhydroxybutyrate from the dry biomass of a microorganism, including the extraction of polyhydroxybutyrate with chlorohydrocarbon and separating the cellular material, followed by precipitation of polyhydroxybutyrate from chlorohydrocarbon with stirring, separation and drying of the target product, characterized in that the biomass of microorganism of 50 g of Azot is used as a dry biomass of the microorganism up to 75%, nitrogen from 1.2 to 3.5% and ash from 10 to 25%, chloroform, ext the action is carried out at a temperature of 30-40 ° C and a concentration of polyhydroxybutyrate in chloroform from 0.3 to 0.55 g / l, and the deposition is carried out by uniformly supplying a solution of polyhydroxybutyrate in chloroform in isopropyl alcohol, and the flow rate is from 1 to 3 l / hours
RU2006136401/13A 2006-10-17 2006-10-17 Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism RU2333962C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006136401/13A RU2333962C2 (en) 2006-10-17 2006-10-17 Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006136401/13A RU2333962C2 (en) 2006-10-17 2006-10-17 Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006136401A RU2006136401A (en) 2008-04-27
RU2333962C2 true RU2333962C2 (en) 2008-09-20

Family

ID=39452520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006136401/13A RU2333962C2 (en) 2006-10-17 2006-10-17 Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333962C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНОФЕЛЕС С. Американская химия. - Химия и жизнь, 2003, № 6, с.8-11. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006136401A (en) 2008-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69637253T2 (en) PROCESS FOR THE ISOLATION OF POLYHYDROXYALKANOATES FROM PLANTS
Melendez-Rodriguez et al. Preparation and characterization of electrospun food biopackaging films of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) derived from fruit pulp biowaste
US6043063A (en) Methods of PHA extraction and recovery using non-halogenated solvents
Söderqvist Lindblad et al. Biodegradable polymers from renewable sources. New hemicellulose‐based hydrogels
JP4709766B2 (en) Method for recovering polyhydroxyalkanoate (PHA) from cell biomass
EP1781721B1 (en) Improved process for the solvent-based extraction of polyhydroxyalkanoates from biomass
EP0036699A1 (en) Extraction of poly-beta-hydroxybutyric acid
CN107417857A (en) Active anticancer derivative bagasse xylan cloves acid esters g AM/MMA synthetic method
CN100448911C (en) Method for extracting intracellular poly hydroxy fatty acid in microbe
CN107400186A (en) A kind of active bagasse xylan cloves acid esters g AM/ MMA/BA synthetic method
CA2570328A1 (en) Solvent extraction of polyhydroxyalkanoates from biomass
DE60019098T2 (en) PROCESS FOR CLEANING POLYHYDROXYALKANOATES
CN109400812A (en) A kind of synthetic method of anti-tumor activity crosslinking bagasse xylan caffeic acid ester-g-AM/BA
EP3219737A1 (en) Ionic polymers and use thereof in processing of biomass
AU701964B2 (en) Process for recovering polyhydroxyalkanoates using centrifugal fractionation
EP4234543A1 (en) Method for refining glycolide and glycolide obtained using same
CN1926239A (en) Method for producing polyhydroxyalkanoate
EP3397066B1 (en) Process for separating proteins from biomass materials
CN102516568A (en) Preparation method of chitosan-base photocrosslinked aquagel
RU2333962C2 (en) Method of isolation of polyhydroxibutyrate from dry biomass of microorganism
RU2639770C2 (en) Method for producing polysaccharide complex from flaxseed
CN109320661A (en) A kind of synthetic method being crosslinked bagasse xylan caffeic acid ester-g-AM/MMA
RU2708232C1 (en) Method for complex treatment of products of galleria mellonella vital activity
CN1282661C (en) Method for preparing konjak glucosan ester in organic medium by biological catalyzation
Kamm et al. Formation of aminium lactates in lactic acid fermentation preparation and characterization of 1, 4‐piperazinium‐(L, L)‐dilactate obtained from L (+)‐lactic acid (part I)

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201018