(57)【要約】  バイオマスからＰＨＡ類を抽出するためプロセスであって、前記プロセスが、前記のＰＨＡ類を含有するバイオマスを単一の主溶媒と混ぜ合わせてバイオマス液を形成することと、前記バイオマス液を加熱して、前記バイオマスから前記ＰＨＡ類を少なくとも部分的に可溶化してＰＨＡ液を形成することと、前記ＰＨＡ液から前記バイオマスを分離して、ＰＨＡが豊富な液を形成することと、前記のＰＨＡが豊富な液から前記の単一の主溶媒の０％〜約５０％を蒸発させて、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成することと、及び前記の濃縮されたＰＨＡが豊富な液を冷却して、沈殿したＰＨＡ類と不純な溶媒液を形成することを含む、前記プロセス。任意に、前記の不純な溶媒液から前記の沈殿したＰＨＡ類を、加圧下での濾過によって更に回収すること。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するための方法であって、前記方法が、
ａ）前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを単一の主溶媒と混ぜ合わせてバイオマス液を形成する工程と、
ｂ）前記バイオマス液を加熱して、前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスから前記ポリヒドロキシアルカノエートを少なくとも部分的に可溶化してＰＨＡ液を形成する工程と、
ｃ）前記ＰＨＡ液から前記バイオマスを分離して、ＰＨＡが豊富な液を形成する工程と、
ｄ）前記のＰＨＡが豊富な液から前記の単一の主溶媒の０％〜５０％を蒸発させて、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液とを形成する工程と、
ｅ）前記の濃縮されたＰＨＡが豊富な液を冷却して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液を形成し、前記冷却をした後に、前記の不純な溶媒液から圧力下での濾過によって前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを回収する工程と、
を含み；
前記ポリヒドロキシアルカノエートが少なくとも２つのランダムに繰り返すモノマー単位を含み、第１の前記ランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有し：
【化１】
2008504408.tif 000008
及びの第２以降の前記ランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有する方法。
【化２】
2008504408.tif 000009
（式中、ＲがＣ３〜Ｃ７アルキル又はこれらの組み合わせであり；前記のランダムに繰り返すモノマー単位の７５モル％〜９９モル％が前記の第１のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し、前記のランダムに繰り返すモノマー単位の１モル％〜２５モル％が前記の第２のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し；前記の単一の主溶媒が、ブタノール、ペンタノール、又はこれらの混合物であり；
好ましくは、前記のバイオマス液が、前記の単一の主溶媒と前記バイオマスを、１０〜１００部の単一の主溶媒対１部のＰＨＡの比率で含む。）
【請求項２】
前記バイオマス液を加熱する前に、前記バイオマス液に３重量％〜８重量％のアセトンを添加することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイオマス液の加熱が、前記バイオマス液の温度を前記溶媒の沸点の５℃〜２０℃以内まで上げる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＰＨＡ液から前記バイオマスを分離して前記ＰＨＡが豊富な液を形成することが、高温濾過によって行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ＰＨＡが豊富な液から最小限の水を含む前記溶媒を部分的に蒸発させることが、前記のＰＨＡが豊富な液に真空を適用することによって行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溶媒蒸気が液状の溶媒として回収され、好ましくは前記液状の溶媒が更なる抽出のためにリサイクルされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＰＨＡを含む液を冷却し、前記不純な溶媒液から加圧下での濾過によって前記沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを回収した後に、前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエート類を新たな単一の主溶媒で洗浄することを更に含み、好ましくは、更に、前記不純な溶媒液を蒸留して溶媒を回収し、その回収された溶媒を更なる抽出のためにリサイクルする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ペンタノールが、イソペンタノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、又はこれらの混合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ブタノールがイソブタノールである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記の不純な溶媒液から加圧下での濾過によって前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを回収する工程の後に、前記プロセスが以下の工程：
ｆ）前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを酸化剤又は穏やかな界面活性剤又は穏やかな漂白剤で処理して、色及び香りを向上させる工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の構成成分を他のバイオマス構成成分から抽出するためのプロセスに関する。特に、本発明は、溶媒を用いて抽出を行うことによって、植物又は細菌のような生物系からポリヒドロキシアルカノエートを抽出するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステル類のようなプラスチック類は、典型的には、周知の合成手段によって石油化学源から製造される。これら石油化学系ポリマー類は、廃棄後、分解するのに何百年もかかる。埋立地でのプラスチック廃棄物の蓄積に対する懸念が、代わりに生分解性ポリマー類を使用することへの最近の動きをもたらしてきている。
【０００３】
合成の生分解性ポリマー類は、その高い生産コストのために市場では大きな成功を享受してはいなかった。しかしながら、バイオテクノロジーにおける進歩が、より安価な生産手段を導き出した。具体的には、生分解性脂肪族コポリエステル類が、いまや、大規模な細菌発酵で産生されている。ポリヒドロキシアルカノエート又はＰＨＡ類とまとめて呼ばれるこれらポリマー類は、発酵植物中でグルコースによって育った天然又は組み換え型の細菌の体内で合成される場合がある。それらの石油化学前駆体と同様に、ＰＨＡ類の構造上の特性、そして機械的特性もやはり、所望の最終製品の仕様に合うようにカスタマイズされることがある。しかしながら、それらの石油化学前駆体とは異なり、ＰＨＡ類は、好気的にも嫌気的にも分解する。
【０００４】
ＰＨＡ類は、非常に用途が広く、１００個ほどの異なるＰＨＡ構造体が確認されている。ＰＨＡ構造体は、二様に変異する場合がある。第一に、ＰＨＡ類は、ＰＨＡ炭素主鎖にたずさわらないヒドロキシアルカン酸の前記側鎖を形成する、Ｒ−ペンダント基の構造に応じて変異し得る。第二に、ＰＨＡ類は、それらが由来する単位の数及び種類に応じて変異し得る。例えば、ＰＨＡ類は、ホモポリマー類、コポリマー類及びターポリマー類であってよい。ＰＨＡ構造におけるこれらの変種は、それらの物理的特性の変化に関与する。言い換えると、物理的特性の変化は、既知のＰＨＡ抽出プロセスの一般的適用を非効率にするものである。
【０００５】
溶媒抽出は、細菌及び植物類からＰＨＡ類を抽出する一つの方法として説明されてきた。しかしながら、構造的に可撓性のＰＨＡポリマー類の溶媒抽出は、これらＰＨＡ類がゆっくりと結晶化し、抽出溶媒を除去すると互いに付着してゲルを形成する傾向があるため、難しい。ゲル形成は、前記ゲルから前記溶媒を排除する工程や、残りの構造的に可撓性のＰＨＡ類を粉砕してニートポリマーを得る工程といった更に費用の嵩む工程を必要とするため、望ましくない。いくつかの２溶媒抽出プロセスは、ゲル形成問題を回避するという。しかしながら、２溶媒抽出は、単一溶媒抽出よりも、一般に２倍多くの溶媒が必要であり、しかも２つの溶媒を分離するなどの付加的な溶媒処理を用いずに溶媒をリサイクルすることができない場合があるため、より費用がかかる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の理由により、細菌及び植物類から構造的に可撓性のＰＨＡポリマーを抽出するための、簡単で、より経済的なプロセスが必要である。このようなプロセスは、好ましくは環境に優しい単一のリサイクル可能な主溶媒を好ましく伴う。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概要
本発明者らは、意外にも、ゲル形成を最小限に抑えて、湿潤又は乾燥バイオマスから構造的に可撓性のＰＨＡポリマー類を抽出するプロセスを発見した。前記プロセスは、好ましくは環境に優しい単一のリサイクル可能な主溶媒の使用を伴う。
【０００８】
従って、本発明は、湿潤又は乾燥バイオマスから構造的に可撓性のＰＨＡ類を抽出するプロセスであって、前記プロセスが以下の工程：前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを単一の主溶媒と混ぜ合わせてバイオマス液を形成する工程と、前記バイオマス液を加熱して、前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスから前記ポリヒドロキシアルカノエートを少なくとも部分的に可溶化してＰＨＡ液を形成する工程と、前記ＰＨＡ液から前記バイオマスを分離して、ＰＨＡが豊富な液を形成する工程と、前記ＰＨＡが豊富な液から前記の単一の主溶媒の０％〜約５０％を蒸発させて、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成する工程と、前記の濃縮されたＰＨＡが豊富な液を冷却して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液を形成し、前記冷却後に、前記の不純な溶媒液から前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを圧力下での濾過によって回収する工程とを含み、
前記ポリヒドロキシアルカノエートが少なくとも２つのランダムに繰り返すモノマー単位を含み、第１の前記ランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有し：
【０００９】
【化１】
2008504408.tif 000002
【００１０】
及び第２以降の前記ランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有する。
【００１１】
【化２】
2008504408.tif 000003
（式中、ＲがＣ３〜Ｃ７アルキル又はこれらの組み合わせであり；前記のランダムに繰り返すモノマー単位の約７５モル％〜約９９モル％が前記の第１のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し、前記ランダムに繰り返すモノマー単位の約１モル％〜約２５モル％が前記の第２のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し、前記の単一の主溶媒が、ブタノール、ペンタノール、又はこれらの混合物である、前記プロセスに関する。）
【００１２】
上記プロセスでは、前記バイオマス液は、前記の単一の主溶媒と前記バイオマスを、約１０〜約１００部の単一の主溶媒対約１部のバイオマスの比率で含む。
上記プロセスでは、前記バイオマス液は、前記の単一の主溶媒と前記バイオマスを、約５０部〜の単一の主溶媒対約１部のバイオマスの比率で含む。
上記プロセスは、前記バイオマス液を加熱する前に、前記バイオマス液に約３重量％〜約８重量％のアセトンを添加することを更に含む。
【００１３】
上記プロセスでは、前記バイオマス液の加熱は、前記バイオマス液の温度を前記溶媒の沸点の約５℃〜約２０℃以内まで上げる。上記プロセスでは、前記ＰＨＡ液から前記バイオマスを分離して前記ＰＨＡが豊富な液を形成することが、高温濾過によって行われる。上記プロセスでは、前記のＰＨＡが豊富な液から前記溶媒を蒸発させることが、前記のＰＨＡが豊富な液に真空を適用することによって行われる。上記プロセスでは、前記の溶媒蒸気が液状の溶媒として回収される。上記プロセスでは、前記の液状の溶媒が更なる抽出のためにリサイクルされる。
【００１４】
上記プロセスは、前記の不純な溶媒液から加圧下での濾過によって前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを回収した後、前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを新たな単一の主溶媒で洗浄することを更に含む。上記プロセスでは、前記の不純な溶媒液は、更なる抽出のためにリサイクルされる。上記プロセスでは、前記ペンタノールが、イソペンタノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、又はこれらの混合物である。上記プロセスでは、前記ペンタノールがイソペンタノールであり、及び／又は前記ブタノールがイソブタノールである。
【００１５】
前記ポリヒドロキシアルカノエートを含有する乾燥バイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するプロセスであって、前記プロセスが以下の工程：前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有する乾燥バイオマスを単一の主溶媒と混ぜ合わせてバイオマス液を形成する工程と、前記バイオマス液を加熱して、前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスから前記ポリヒドロキシアルカノエートを少なくとも部分的に可溶化してＰＨＡ液を形成する工程と、前記ＰＨＡ液から前記バイオマスを分離して、ＰＨＡが豊富な液を形成する工程と、前記のＰＨＡが豊富な液から前記の単一の主溶媒の０％〜約５０％を蒸発させて、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成する工程と、前記の濃縮されたＰＨＡが豊富な液を冷却して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液を形成し、前記冷却後に、前記の不純な溶媒液から前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを圧力下での濾過によって回収する工程とを含み、前記ポリヒドロキシアルカノエートが少なくとも２つのランダムに繰り返すモノマー単位を含み、第１の前記ランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有し：
【００１６】
【化３】
2008504408.tif 000004
【００１７】
及び第２以降の前記ランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有する。
【００１８】
【化４】
2008504408.tif 000005
（式中、ＲがＣ３〜Ｃ７アルキル又はこれらの組み合わせであり、前記ランダムに繰り返すモノマー単位の約７５モル％〜約９９モル％が前記の第１のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し、前記ランダムに繰り返すモノマー単位の約１モル％〜約２５モル％が前記の第２のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し、前記の単一の主溶媒が、ブタノール、ペンタノール、トルエン、又はこれらの混合物である。）
【００１９】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点は、本開示を読むことにより当業者に明らかになる。
引用される全ての文献は、その関連部分において参考として本明細書に組み込まれるが、いずれの文献の引用もそれが本発明に関連する先行技術であることの容認として解釈されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本明細書は、本発明を特に指摘し、明確に請求する特許請求の範囲をもって結論づけられるが、本発明は以下の説明からよりよく理解されると考えられる。
本明細書で使用する百分率及び比率はすべて、組成物全体の重量を基準とし、及び全ての測定は、他に指示されない限り、２５℃で行われる。
【００２１】
「含む」とは、最終結果に影響を及ぼさない他の工程及び他の成分を加えることができることを意味する。この用語は、「から成る」及び「から本質的に成る」という用語を包含する。
【００２２】
ＰＨＡ類をバイオマスから抽出することができるいくつかのプロセスは、当該技術分野において説明されている。これらのプロセスには、酵素、化学物質、機械的手段を用いることによるＰＨＡ抽出、並びに溶媒抽出が包含される。理論に制限されることなく、（ａ）抽出される構造的に可撓性のＰＨＡ類の収率と純度をいずれも最大にして、及び（ｂ）抽出プロセス全体における工程数を最小限に抑える単一の主溶媒プロセスは、構造的に可撓性のＰＨＡ類の経済的な業務用の抽出の目的を一番上手く達成すると考えられる。
【００２３】
前記目的は、（ａ）溶媒和性が実質的に異なる溶媒又は溶媒群から構成される２溶媒系の代わりに、単一の主溶媒を用いることと、（ｂ）前記の単一の主溶媒をその後の抽出で使用するためにリサイクルすることと、（ｃ）好ましくは、環境に優しい単一の主溶媒を使用することと、（ｄ）独立したバイオマス細胞溶解工程を減らす又は削除することと、（ｅ）前記抽出プロセスを開始し得る前に、前記バイオマスを乾燥させる必要性を減らすか又は削除することと、（ｆ）実質的にゲル形成せずに構造的に可撓性のＰＨＡ類を沈殿させるために、第二の主溶媒の必要性を減らすか又は削除すること、及び／あるいは（ｇ）エタノール又は活性炭のように後の抽出プロセスで使用されない他の物質を用いる代わりに、新たな単一の主溶媒で前記の抽出された構造的に可撓性のＰＨＡ類を洗浄することと、によって達成される。
【００２４】
本発明の前述の実施形態は、現行の方式に比べて多くの意外な利点を有する場合がある。例えば、本発明に開示されている抽出方法は、構造的に可撓性のＰＨＡ類の抽出を可能にして、ゲルをほとんど形成せずにニートポリマーを生成する場合がある。
【００２５】
本発明のもう一つの意外な利点は、より低温（１５０℃未満）でＰＨＡ類を抽出するように付与する能力である。理論によって制限されることなく、温度要件は、ポリマーが少なくとも部分的に可溶化する温度と十分な可溶化に要する時間とが、主要なコスト及び生産品質に影響を及ぼし得るため、営利的な見地から重要である。例えば、より低い温度により短い時間付されたＰＨＡ類は、典型的に、後続の製造プロセスにおいてより高品質でかつ高い実用性のものである。
【００２６】
本明細書中のプロセス及び方法は、多様な他の変更をも包含してよい。本発明のプロセス及び方法を、以下で詳細に説明する。
【００２７】
本発明は、構造的に可撓性のＰＨＡ類をバイオマスから単一の主溶媒を用いて抽出する方法に関する。本明細書で使用するとき、フレーズ「構造的に可撓性のＰＨＡ類をバイオマスから抽出すること」とは、単一種のＰＨＡのみを産生するバイオマスによって産生されるＰＨＡ類の抽出への言及に加えて、前記バイオマスが１種以上のＰＨＡを産生する場合に、１種以上のＰＨＡを抽出することにも本明細書では言及する。
【００２８】
この方法の工程は以下の通りである：
Ｉ．前記の構造的に可撓性のＰＨＡ類を含有する湿潤又は乾燥バイオマスを単一の主溶媒と混ぜ合わせて、バイオマス液を形成する工程
ａ）バイオマス：
構造的に可撓性のＰＨＡ類は、本発明のプロセスによって、単細胞生物類、例えば、細菌又は真菌類、及び高等生物類、例えば、植物類、を包含するが、これらに限定されない供給源から抽出される。これら供給源を、本明細書ではまとめて「バイオマス」と呼ぶ。バイオマスは、野生型生物類から構成されてよいが、好ましくは、栽培者に関心のある特定のＰＨＡ類を産生するように特別に設計された、遺伝子操作された種である。このような遺伝子操作された生物類は、ＰＨＡ類を自然に産生する細菌に由来する外来性ＤＮＡの挿入によって作製される。
【００２９】
興味深いＰＨＡ類を含有するバイオマスは、湿潤又は乾燥のいずれであってもよい。湿潤バイオマスは、水溶液のように溶液中にバイオマスが含まれている。乾燥バイオマスは、スプレー乾燥又は凍結乾燥を包含するが、これらに限定されないプロセスを用いて、抽出プロセスを開始する前に液体を除去したバイオマスから構成される。バイオマスは乾燥しているのが好ましい。
【００３０】
本発明において有用な植物類は、ＰＨＡ類を産生するように設計された、いずれの遺伝子手術された植物も包含する。好ましい植物類としては、農作物、例えば、穀物グレイン類、脂肪種子及び塊茎植物類；より好ましくは、アボカド、大麦、ビート、ソラマメ、そば粉、ニンジン、ココヤシの実、コプラ、トウモロコシ（トウモロコシの実）、綿実、ウリ、ヒラマメ、ライマメ、雑穀、緑豆、オート麦、アブラヤシ、エンドウ、落花生、ジャガイモ、かぼちゃ、菜種（例えば、キャノーラ）、米、サトウモロコシ、大豆、テンサイ、サトウキビ、ヒマワリ、サツマイモ、タバコ、小麦及び山芋が挙げられる。本発明のプロセスで有用な、このような遺伝子変調された実の成る植物類としては、リンゴ、アンズ、バナナ、カンタロープ、サクランボ、ブドウ、キンカン、タンジェリン、トマト、及びスイカが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、前記植物類は、ポワリエ  Ｙ．（Poirier, Y.）、Ｄ．Ｅ．デニス（D. E. Dennis）、Ｋ．クロンパレンズ（K. Klomparens）及びＣ．サマービル（C. Somerville）、「トランスジェニック植物類中で産生される、生分解性の熱可塑性プラスチックである、ポリヒドロキシブチレート（Polyhydroxybutyrate, a biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants）」サイエンス（SCIENCE）、第２５６巻、５２０〜５２３頁（１９９２年）；及び／又は米国特許第５，６５０，５５５号（ミシガン州立大学、１９９７年７月２２日発行）に開示されている方法に従って、ＰＨＡ類を産生するように遺伝子手術されている。特に好ましい植物類は、ＰＨＡ類を産生するように遺伝手術された、大豆、ジャガイモ、トウモロコシ、及びココヤシ植物類であり、より好ましくは大豆である。
【００３１】
本発明に有用な細菌には、ＰＨＡ類を産生するように設計された、いずれの遺伝子手術された細菌、並びにＰＨＡ類を自然に産生する細菌が包含される。このような細菌の例としては、新規な生物分解性微生物ポリマー類（NOVEL BIODEGRADABLE MICROBIAL POLYMERS）、Ｅ．Ａ．ドーズ（E.A. Dawes）編（ed.）、ＮＡＴＯ  ＡＳＩシリーズ、シリーズＥ；応用科学（Applied Sciences）−第１８６巻、クラウワー・アカデミック・パブリッシャーズ（Kluwer Academic Publishers）（１９９０年）；米国特許第５，２９２，８６０号（鐘淵化学工業株式会社（Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha）、１９９４年３月８日発行）；米国特許第５，２５０，４３０号（マサチューセッツ工科大学（Massachusetts Institute of Technology）、１９９３年１０月５日発行）；米国特許第５，２４５，０２３号（マサチューセッツ工科大学（Massachusetts Institute of Technology）、１９９３年９月１４日発行）；及び／又は米国特許第５，２２９，２７９号（マサチューセッツ工科大学（Massachusetts Institute of Technology）、１９９３年７月２０日発行）に開示されているものが挙げられる。
【００３２】
前記バイオマスは、本発明に記載の抽出プロセスを経済的に望ましくするのに十分な量の、構造的に可撓性のＰＨＡ類を含有することが好ましい。好ましくは、バイオマス供給源材料中の構造的に可撓性のＰＨＡ類の初期含量は前記バイオマスの総乾燥重量の少なくとも約２０重量％、より好ましくは少なくとも重量５０％、更により好ましくは少なくとも約重量６０％であるべきである。
【００３３】
ｂ）構造的に可撓性のＰＨＡ類：
本発明において興味深いＰＨＡ類は、本明細書では「構造的に可撓性の」ＰＨＡ類と呼び、比較的高いコモノマー含量と比較的長いＲ−基鎖長によって引き起こされる物理的崩壊が前記ＰＨＡ類を、より低いコモノマー含量とより短いＲ−ペンダント基を特徴とするＰＨＡ類よりも一般にはより可塑性にし、より結晶化し難くすることを明確に示す。（米国特許第６，０４３，０６３号（モンサント社（Monsanto）、２０００年３月２８日発行）及び／又は米国特許第６，０８７，４７１号（モンサント社（Monsanto）、２０００年７月１１日発行）を参照のこと）。
【００３４】
本発明で説明するプロセスで抽出される構造的に可撓性のＰＨＡ類は、好ましくは、少なくとも２つのランダムに繰り返すモノマー単位から構成され、第１の前記ランダムに繰り返すモノマー単位は以下の構造を有し：
【００３５】
【化５】
2008504408.tif 000006
【００３６】
及び第２以降の前記ランダムに繰り返すモノマー単位は以下の構造を有する。
【００３７】
【化６】
2008504408.tif 000007
（式中、ＲはＣ３〜Ｃ７アルキル又はこれらの組み合わせであり、前記ランダムに繰り返すモノマー単位の約７５モル％〜約９９モル％が前記の第１のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有し、前記ランダムに繰り返すモノマー単位の約１モル％〜約２５モル％が前記の第２のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有する。本発明に関連する、構造的に可撓性のＰＨＡ類は、好ましくは、約８０℃以上の融点（「Ｔｍ」）を有する。）
【００３８】
ｃ）単一の主溶媒：
前記の構造的に可撓性のＰＨＡ類を含有する湿潤又は乾燥バイオマスを単一の主溶媒と混ぜ合わせて、バイオマス液を形成する。本明細書で使用するとき、用語「単一の主溶媒」は、構造的に可撓性のＰＨＡ類を溶解して、そのイオン寸法又は分子レベルで少なくともいくらか均一に分散された混合物を形成できる、一つの物質又は物質の混合物に言及する。好ましくは、単一の主溶媒は、本発明の抽出プロセス全体を通じて単独に使用され、一つの物質又は物質の混合物から構成される第二の溶媒は、本発明の抽出プロセスでは使用されない。
【００３９】
構造的に可撓性のＰＨＡ類を前記バイオマスから抽出するのに本明細書において有用な単一の主溶媒は、前記バイオマスが濡れているか、又は乾燥しているかに依存する。前記バイオマスが濡れている場合、本明細書で有用な単一の主溶媒類としては、ブタノール、ペンタノール、又はこれらの混合物が挙げられる。前記ペンタノールは、より好ましくは、イソペンタノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、又はこれらの混合物である。前記ペンタノールは、最も好ましくは、イソペンタノールである。前記ブタノールは、好ましくは、イソブタノールである。前記バイオマスが乾燥している場合、本明細書で用いる単一の主溶媒類としては、ブタノール、ペンタノール、トルエン、又はこれらの混合物が挙げられる。前記ペンタノールは、より好ましくは、イソペンタノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、又はこれらの混合物である。前記ペンタノールは、最も好ましくは、イソペンタノールである。前記ブタノールは、好ましくは、イソブタノールである。
【００４０】
単一の主溶媒は、好ましくは湿潤又は乾燥バイオマスに、約５０〜約１５０部の単一の主溶媒対約１部の湿潤又は乾燥バイオマスの比率で添加されて、バイオマス液を形成する。より好ましくは、単一の主溶媒は、湿潤又は乾燥バイオマスに、約１００部からの単一の主溶媒対約１部の湿潤又は乾燥バイオマスの比率で添加されてバイオマス液を形成してよい。
【００４１】
好ましくは、バイオマスと単一の主溶媒を混ぜ合わせるときに、それらを攪拌して、単一の主溶媒中にバイオマスをより良く分散できるようにして、バイオマス液を形成する。
【００４２】
一実施形態では、前記バイオマス液は、単一の主溶媒とバイオマスを、約１０〜約１００部の単一の主溶媒対約１部のバイオマスの比率で含有する。別の実施形態では、バイオマス液は、単一の主溶媒とバイオマスを、約５０部からの単一の主溶媒対約１部のバイオマスの比率で含有する。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態では、低濃度のアセトン、すなわち約１０重量％未満を、バイオマス液に添加してよい。好ましくは、約３重量％〜約８重量％のアセトンをバイオマス液に添加してよい。理論に束縛されるものではないが、アセトンは、このような少ない量でバイオマス液中に存在する場合、構造的に可撓性のＰＨＡ類の溶解を補助しイオン寸法又は分子レベルで均一に分散された混合物を形成することによる、溶媒の機能を果たさないと考えられる。その代わり、バイオマス液中のそのような少ない量のアセトンの存在は、意外にも、バイオマス液中にも存在するバイオマス細胞の溶解を助けると考えられる。バイオマス細胞を溶解することによって、アセトンは、より多くの構造的に可撓性のＰＨＡ類を、ＰＨＡを可溶化する単一の主溶媒に晒すことによって、その後の可溶化工程を向上させる場合がある。
【００４４】
ＩＩ．バイオマス液を加熱して、構造的に可撓性のＰＨＡ類を含有するバイオマスから構造的に可撓性のＰＨＡ類を少なくとも部分的に可溶化してＰＨＡ液を形成する工程
バイオマス液をその後、加熱して、構造的に可撓性のＰＨＡ類のバイオマスからの可溶化速度を高めてＰＨＡ液を形成する。ＰＨＡ液には、いずれの可溶化していない構造的に可撓性のＰＨＡ類、単一の主溶媒及び少なくとも部分的に可溶化した構造的に可撓性のＰＨＡ類を包含する、バイオマスの全ての細胞構成成分が含まれる。本明細書で使用するとき、用語「部分的に可溶化した」とは、構造的に可撓性のＰＨＡ類の幾らかが、バイオマス細胞又はバイオマス細胞の断片の内部に捕捉されたままであってよいという説に言及する。結果として、構造的に可撓性のＰＨＡ類の幾らかは、単一の主溶媒に晒されないことがあって、単一の主溶媒によって可溶化される代わりに固体のままである。
【００４５】
典型的に、ＰＨＡ液は、単一の主溶媒の沸点の約５℃〜約２０℃以内までバイオマス液を加熱することによって形成される。本発明の好ましい実施形態では、バイオマス液は、約８０℃〜約１３０℃まで加熱される。本発明のより好ましい実施形態では、バイオマス液は、約９０℃〜約１２０℃まで加熱される。理論によって制限されることなく、温度要件は、ポリマーが少なくとも部分的に可溶化する温度と十分な可溶化に要する時間とが、主要なコスト及び製品品質に影響を及ぼし得るため、営利的な見地から重要である。典型的に、ＰＨＡ液を形成するためにバイオマス液を長く加熱するほど、構造的に可撓性のＰＨＡ類の収率が高くなる。しかしながら、長期間加熱した結果、構造的に可撓性のＰＨＡ類の幾らかの分子量低下が生じる場合がある。好ましくは、バイオマス液は約３０分〜約３００分間加熱されて、ＰＨＡ液を形成する。より好ましくは、バイオマス液は約６０分〜約１８０分間加熱される。更により好ましくは、バイオマス液は約１００分〜約１５０分間加熱される。最も好ましくは、バイオマス液は約１２０分間加熱される。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態では、バイオマス液は、加熱中に攪拌して、構造的に可撓性のＰＨＡ類をより良く分散できるようにして、ＰＨＡ液を形成する。
【００４７】
ＩＩＩ．ＰＨＡ液からバイオマスを分離してＰＨＡが豊富な液を形成する工程
ＰＨＡ液が形成される時点で、残りのＰＨＡ液から、いかなる加熱工程後に可溶化されなかった構造的に可撓性のＰＨＡ類をも包含するバイオマスの細胞構成成分を分離して、本明細書において「ＰＨＡが豊富な液」と呼ぶものを残す。好ましい分離方法は濾過である。より好ましい分離方法は、高温濾過、すなわちＰＨＡ液を加熱工程から大幅に冷却する前の濾過である。特に好ましい濾過装置には、混合機能、加熱機能及び洗浄機能が付いたヌッチェ（Nutsche）フィルター、回転ドラム式加圧フィルター、並びに真空フィルターが包含される。その他の分離方法としては、遠心分離が挙げられる。
【００４８】
ＩＶ．ＰＨＡが豊富な液から単一の主溶媒の０％〜約５０％を蒸発させて、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成する工程
次の工程では、単一の主溶媒の０％〜約５０％をＰＨＡが豊富な液から蒸発させてよい。０％を超える単一の主溶媒を蒸発すると、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液が形成され得る。本明細書で使用するとき、用語「溶媒蒸気」とは、単一の主溶媒の気体に言及する。本明細書で使用するとき、用語「濃縮されたＰＨＡが豊富な液」とは、その発生元である、ＰＨＡが豊富な液の状態中での構造的に可撓性のＰＨＡ類の密度に比べて、構造的に可撓性のＰＨＡ類の密度が、高い液に言及する。
【００４９】
単一の主溶媒の蒸発が生じる場合、ＰＨＡが豊富な液から単一の主溶媒の蒸発を促して、濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成するために、ＰＨＡが豊富な液を真空下に配置することが好ましい。
【００５０】
約５０％以下の単一の主溶媒をＰＨＡが豊富な液から蒸発させて、溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成する。理論によって制限されることなく、約５０％を超える単一の主溶媒を蒸発させて溶媒蒸気と濃縮されたＰＨＡが豊富な液を形成するのは、２つの理由から、通常は費用効率が良くない。第一に、単一の主溶媒を蒸発させるときに、単一の主溶媒で可溶化された任意の不純物が濃縮されたＰＨＡが豊富な液中に残る場合がある。そのため、単一の主溶媒が全て蒸発する場合、純粋な、沈殿した、構造的に可撓性のＰＨＡ類を得るために、好ましくは、抽出プロセスにおけるいくつか後の工程で残りの不純物を除去する。これら不純物を除去するために、次の工程で沈殿される構造的に可撓性のＰＨＡ類は、一般に、その後の洗浄工程に付されなければならず、それは、抽出プロセスの主要なコストを増大させる場合がある。第二に、関連のある構造的に可撓性のＰＨＡ類は容易に結晶化しない場合があるため、約５０％を超える単一の主溶媒の除去は、構造的に可撓性のＰＨＡ類を絡ませ、単一の主溶媒の１部を取り込ませ、ゲルを形成する場合がある。純粋な、沈殿した、構造的に可撓性のＰＨＡ類を得るために、取り込まれた単一の主溶媒を除去するための更なる処理が必要となる場合がある。追加処理は、結果として、抽出プロセスの主要コストを増大させ得る。
【００５１】
理論によって制限されることなく、単一の主溶媒のいくらか、換言すれば、０％を超える溶媒を蒸発させることは、以下の理由から、よりコスト効率が良い場合がある。ＰＨＡが豊富な液からの単一の主溶媒の部分蒸発は、残りの濃縮されたＰＨＡが豊富な液の温度を低下させることがある。濃縮されたＰＨＡが豊富な液の低下した温度は、結果として、濃縮されたＰＨＡが豊富な液を冷却して構造的に可撓性のＰＨＡ類をその後の冷却プロセス工程で沈殿させるのに要する時間を削減する場合がある。理論によって制限されることなく、冷却時間の削減を包含する、バイオマスから構造的に可撓性のＰＨＡ類を抽出するのに要する時間のいかなる削減も、抽出プロセスの主要コストを削減し、それによって抽出プロセスのコスト効率を向上させる場合がある。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態では、溶媒蒸気は、捕捉され、冷却されて液状の溶媒を形成して、単一の主溶媒として更に使用するためにリサイクルされる。本明細書で使用するとき、用語「リサイクルされる」とは、色物質及びタンパク質類のような不純物の除去を包含するが、これらに限定されない処理に言及する。
【００５３】
Ｖ．濃縮されたＰＨＡが豊富な液を冷却して、沈殿した構造的に可撓性のＰＨＡ類と不純な溶媒液を形成する工程
この工程では、構造的に可撓性のＰＨＡ類が濃縮されたＰＨＡが豊富な液から沈殿して不純な溶媒液を残すまで、濃縮されたＰＨＡが豊富な液の温度を下げる。本明細書で使用するとき、用語「不純な」溶媒液とは、バイオマスに由来し得る不純物に言及し、それは色物質及びタンパク質類のように、液中に残っていてよい。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態では、沈殿した構造的に可撓性のＰＨＡ類を、不純な溶媒液から回収する。好ましい回収方法としては、遠心分離、濾過及び加圧濾過が挙げられるが、これらに限定されない。より好ましい回収方法は、加圧濾過である。特に好ましい濾過装置には、混合機能、加熱機能及び洗浄機能が付いたヌッチェ（Nutsche）フィルター、回転ドラム式加圧フィルター、並びに真空フィルターが包含される。本発明の好ましい実施形態では、不純な溶媒液は、今後の抽出プロセスにおいて単一の主溶媒として使用するためにリサイクルされる。
【００５５】
一般に、構造的に可撓性のＰＨＡ類を本発明の抽出プロセスを用いて回収する場合、これらは特徴的な白色又は灰色を有する場合がある。所望により、構造的に可撓性のＰＨＡ類の色は、多数の方法で更に改善されてよい。例えば、構造的に可撓性のＰＨＡ類は、活性な粘土又は活性炭で処理されてよい。好ましくは、構造的に可撓性のＰＨＡ類は、乾燥させる前に、エタノール及び／又は新たな単一の主溶媒で洗浄されてよい。本発明で使用するとき、用語「新たな単一の主溶媒」とは、抽出プロセスで以前に使用されていなかったか、抽出プロセスで使用されておらずリサイクルもされていない、単一の主溶媒に言及する。より好ましくは、構造的に可撓性のＰＨＡ類は、新たな単一の主溶媒で洗浄されてよい。更により好ましくは、新たな単一の主溶媒は、洗浄工程後に回収されて、可溶化工程で使用するためにリサイクルされてもよい。構造的に可撓性のＰＨＡ類を洗浄するための新たな単一の主溶媒の使用は、エタノール又は活性な粘土又は活性炭のように、本発明のどの他の工程でも使用されない物質を使用するよりも一般に低コストであるため、好ましい。
【００５６】
ユニット操作条件又は個々の装置の最適範囲は、原料バイオマスの種類に応じて大幅に変化する。
【００５７】
酸化剤又は界面活性剤類による任意の後処理工程
沈殿した構造的に可撓性のＰＨＡは、回収後、上述の後処理技術に加えて（又はそれの代わりに）、望ましくない色物質及び／又は臭気を取り除くために、前記ＰＨＡを酸化／漂白剤又は界面活性剤のいずれかで更に後処理することが望ましい場合がある。本明細書で使用するとき、酸化剤は、ＰＨＡ約１部に対して酸化剤約０．０００１〜約０．５部、あるいはＰＨＡ約１部に対して酸化剤約０．０１部の量で使用してよい。過酸化物を使用する場合、典型的には、希釈形として（すなわち、水に分散して）使用する。本明細書で使用するとき、界面活性剤類は、ＰＨＡ約１部に対して界面活性剤約０．００５部の範囲で使用してよい。
【００５８】
本明細書で有用な酸化／漂白剤類としては、空気、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、次亜塩素酸塩類、塩素、臭素及び／又はヨウ素酸化化合物を包含する漂白化合物、過酸化ベンゾイル、Ｃ９ＯＢＳ、過ホウ酸塩類、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００５９】
本明細書で有用な界面活性剤類としては、アミンオキシド、ＡＥＳ、及びその他の汎用の界面活性剤類、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００６０】
界面活性剤類での洗浄及び／もしくは酸化剤での処理は、結果として、軽度のないし重大な色の改善をもたらす色物質を除去する（処理後、より白い試料）、生物臭を除去する、及び／又は不純物を減少させる場合がある。
【００６１】
酸化剤及び／もしくは界面活性剤類は、湿潤ポリマーを酸化剤及び／もしくは界面活性剤で洗浄することによってポリヒドロキシアルカノエートを処理するのに用いることができる。別の選択は、酸化剤（例えば、Ｈ２Ｏ２）を使用すること、及び／又は前記ポリマーの乾燥中の希釈溶液の利用によるものである。
【００６２】
ポリヒドロキシアルカノエートの乾燥中の酸化剤の使用は、（アセトン−水抽出／沈殿方法からのトリアセトンアミン不純物類のように）取り除くのが望ましい不純物を酸化できることが分かっている場合、特に有用である。
【実施例】
【００６３】
次の実施例は、本発明の範囲内の好ましい実施形態について更に述べ、実施するものである。これらの実施例は単に説明の目的で示されるもので、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明の多くの変形形態が実施可能であるので、本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
【００６４】
実施例１
湿潤バイオマスからの抽出
発酵プロセスで生成された湿潤バイオマス１００ｋｇから始める。湿潤バイオマスは、固形物約３０％であり、前記固形物は約６０％のＰＨＡを含有する。アセトン５ｋｇを加えて、細胞溶解を促す。イソブタノール１８００ｋｇを加える。得られた混合物を１００℃まで２時間加熱する。不溶性のＰＨＡに由来しない細胞物質を包含する固形物を、ローゼンムント（Rosenmund）フィルターを用いて７５℃より高い温度で除去する。ＰＨＡを含有する濾液を３０℃〜４５℃の温度まで冷却する。得られたスラリーを加圧濾過を用いて濾過する。加圧濾過は、５ｂａｒの圧力下で、０．２〜２ミクロンのメディアフィルターを用いて行わなければならない。新たなイソブタノール９０ｋｇをフィルターに加えて、１０分間混合する。加圧フィルター内の固形物を濾過して、固形物５０％から成るケーキを形成する。前記ケーキを真空乾燥する。約１７ｋｇの白色のＰＨＡが得られる。使用済みの溶媒を回収し、それを物質的に豊かな溶媒と乏しい溶媒とに分離する。前記の物質的に豊かな溶媒相をリサイクルする。前記の物質的に豊かな溶媒相のうち１０％と前記の物質的に乏しい溶媒相の全てを蒸留のために流出して、溶媒を回収する。
【００６５】
実施例２
乾燥バイオマスからの抽出
発酵プロセスで生成した乾燥バイオマス５０ｋｇから始める。乾燥バイオマスは約６０％がＰＨＡである。トルエン３０００ｋｇを加える。混合物を１００℃まで２時間加熱する。不溶性のＰＨＡに由来しない細胞物質を包含する固形物を、ローゼンムント（Rosenmund）フィルターを用いて７５℃より高い温度で除去する。ＰＨＡを含有する濾液を３０℃〜４５℃の温度まで冷却する。得られたスラリーを加圧濾過を用いて濾過する。加圧濾過は、５００ｋＰａ（５ｂａｒ）の圧力下で、０．２〜２ミクロンのメディアフィルターを用いて行わなければならない。新たなトルエン１５０ｋｇをフィルターに加えて、１０分間混合する。加圧フィルター内の固形物を濾過して、固形物５０％から成るケーキを形成する。ケーキの色を調べる。所望により、エタノール１５０ｋｇで洗浄することにより、色を改善してよい。ケーキを取り出して、真空下で乾燥させる。約２７ｋｇの白色のＰＨＡが得られる。使用済みの溶媒を回収し、前記溶媒をリサイクルするために蒸留する。
【００６６】
本発明の特定の実施形態について例示及び説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、その他の様々な変更及び修正が可能なことが、当業者には明白である。従って、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【国際調査報告】
2008504408.tif 000010
2008504408.tif 000011
2008504408.tif 000012
2008504408.tif 000013