(57)【要約】  藻類のような微生物バイオマスからその場で脂肪酸エステルを製造する方法が、微生物バイオマスを、アルコールおよび少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸を含有する溶液で処理することにより与えられる。脂肪酸エステルは処理済み微生物バイオマスから直接回収される。α−ヒドロキシスルホン酸は処理済み微生物バイオマスから容易に除去され、再循環される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂肪酸エステルの製造方法であって、（ａ）微生物バイオマスを与えること、（ｂ）当該微生物バイオマスを、アルコールと少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸とを含有する溶液に接触させ、それにより、少なくとも１種の脂肪酸エステルを含有する酸処理済みバイオマスを生成すること、および（ｃ）前記酸処理済みバイオマスから前記脂肪酸エステルを回収することを含む、前記脂肪酸エステルの製造方法
【請求項２】
（ｄ）加熱および／または減圧により前記酸処理済みバイオマスからその成分形態中の前記α−ヒドロキシスルホン酸を除去して、該α−ヒドロキシスルホン酸を実質的に含まない酸処理済みバイオマスを含有する酸除去済み生成物を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記除去済みα−ヒドロキシスルホン酸を、構成成分としてまたはその再度合わせた形態で前記工程（ｂ）に再循環することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
α−ヒドロキシスルホン酸が、前記溶液を基準に、１重量％〜５５重量％の量で存在する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
α−ヒドロキシスルホン酸が、（ａ）カルボニル化合物またはカルボニル化合物に対する前駆物質と、（ｂ）二酸化硫黄または二酸化硫黄に対する前駆物質と、（ｃ）水とから生成される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
α−ヒドロキシスルホン酸が、その場で形成される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
工程（ｂ）を、５０℃〜１６０℃の範囲内の温度および１ｂａｒｇ〜１０ｂａｒｇの範囲内の圧力で行う、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
脂肪酸エステルの少なくとも一部が生物燃料中にさらにブレンドされている、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
（ａ）少なくとも１種の脂質を含有する微生物バイオマス、（ｂ）少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸、（ｃ）アルコール、および（ｄ）水を含む組成物。
【請求項１０】
（ａ）バイオマス残留物、（ｂ）アルコール、（ｃ）少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸、（ｄ）水、および（ｅ）少なくとも１種の脂肪酸アルキルエステルを含む組成物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は２０１３年６月２５日出願の係属中の米国予備特許出願番号６１／８３８９４４の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、微生物バイオマスから脂肪酸エステルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
真菌、酵母、細菌、および藻類のような微生物は脂質を生産する能力を有する。脂質由来のバイオジーゼルとして使用するための脂肪酸エステルを生成する典型的な方法では、脂質は最初微生物バイオマスから回収され、次いで、酸触媒またはアルカリ触媒（例えば、硫酸または水酸化ナトリウム）処理され、脂肪酸エステルへ脂質をエステル交換する。
【０００４】
脂質は、脂肪、ワックス、ステロール、脂溶性ビタミン（例えば、ビタミンＡ、Ｄ、ＥおよびＫ等）、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、ホスホリピド等を含む天然由来分子の広い群を構成する。脂質の主要生物学的機能は、細胞膜の構造成分として、そして重要なシグナリング分子としてのエネルギー貯蔵等がある。脂質は、概して、微生物細胞中に蓄積される。したがって、脂質生産能を与えられた微生物細胞から脂質を抽出する種々の方法が実施されている。源物質から脂質を放出させるために、脂質抽出前に細胞壁を破壊しなければならない。この破壊は、物理的、酵素的、および／または化学的に起こり得る。好ましくは、機械的手段により、細胞破壊を行う。細胞の物理的破壊のために、ホモゲニゼーション、ソニケーション、凍結／融解、抽出および機械的粉砕等を含む、種々の方法が使用されてきた。しかし、これらの方法は、脂質の充分量を回収するのに非常に長時間を必要とし、したがって、効率的な抽出を達成することができない。例えば、湿った微生物バイオマスは、後続する抽出工程を困難にするエマルジョンを形成し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、バイオジーゼルとして使用するための微生物バイオマスから、よりコスト効率性がよく、有効な脂肪酸エステル生成方法を開発するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のその場または直接エステル交換プロセスにより、微生物オイル抽出およびエステル交換を１つに合わせることができることが見出された。
【０００７】
一実施態様では、脂肪酸エステルを製造する方法が提供され、当該方法は、（ａ）微生物バイオマスを与えること、（ｂ）当該微生物バイオマスを、アルコールと少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸とを含有する溶液に接触させ、それにより、少なくとも１種の脂肪酸エステルを含有する酸処理済みバイオマスを生成すること、および（ｃ）前記酸処理済みバイオマスから前記脂肪酸エステルを回収することを含む。
【０００８】
さらに別の実施態様では、脂肪酸エステルを製造する方法であって、当該方法は、（ａ）微生物バイオマスを与えること、（ｂ）当該微生物バイオマスをアルコールと少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸とを含有する溶液に接触させ、それにより、少なくとも１種の脂肪酸エステルを含有する酸処理済みバイオマスを生成すること、および（ｃ）前記酸処理済みバイオマスから前記脂肪酸エステルを回収すること、および（ｄ）加熱および／または減圧により前記酸処理済みバイオマスからその成分形態中の前記α−ヒドロキシスルホン酸を除去して、該α−ヒドロキシスルホン酸を実質的に含まない酸処理済みバイオマスを含有する酸除去済み生成物を生成することを含む。
【０００９】
別の実施態様では、方法は、前記除去済みα−ヒドロキシスルホン酸を、成分としてまたはその再度合わせた形態において前記工程（ｂ）に再循環することを含む。
【００１０】
さらにもう一つの態様では、（ａ）少なくとも１種の脂質を含有する微生物バイオマス、（ｂ）少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸、（ｃ）アルコール、および（ｄ）水を含む組成物を提供する。さらに別の態様では、（ａ）バイオマス残留物、（ｂ）アルコール、（ｃ）少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸、（ｄ）水、および（ｅ）少なくとも１種の脂肪酸アルキルエステルを含む組成物を提供する。
【００１１】
本発明の特徴および利点は当業者に明らかになるであろう。当業者により多くの変更をなすことができるが、かかる変更は本発明の精神の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付の図面は本発明の実施態様の幾つかの一定の局面を例証するが、本発明を制限するまたは定義するのに使用しようとするものではない。
【図１】図面は、本発明の処理プロセスの実施態様のブロック・フロー図を概念的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
α−ヒドロキシスルホン酸の使用により、微生物バイオマス細胞を破壊し、脂溶性成分を放出させ、アルコールの共存下で、脂肪酸エステル（脂肪酸アルキルエステル）への変換を触媒作用させることにより、微生物バイオマスを、その場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）、１工程でバイオジーゼルに変換できる。α−ヒドロキシスルホン酸は、微生物細胞壁の破壊に有効であり、微生物バイオマスからの脂肪酸エステルの収量を改良する変換に触媒作用を及ぼす。さらに、α−ヒドロキシスルホン酸は、可逆的に容易に再除去可能および再循環可能な物質にでき、あるいは高圧でのホモゲニゼーションによるようなエマルションを形成できる。
【００１４】
微生物バイオマスのような微生物細胞中に脂質を含有する微生物を本発明の方法により処理できる。微生物バイオマスは、光合成的にまたは発酵により成長し得る。微生物バイオマスには、例えば、肉微小藻類、酵母、真菌または細菌等があり得る。
【００１５】
一般式
【００１６】
【化１】
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【００１７】
のα−ヒドロキシスルホン酸（式中、Ｒ１およびＲ２は、個々に、水素または約９までの炭素原子を有するヒドロカルビルであり、酸素を含有してもしていなくてもよい）は、本発明の処理に使用できる。このα−ヒドロキシスルホン酸は前記酸の混合物であることができる。当該酸は、一般に、下記の一般式１にしたがって、少なくとも１種のカルボニル化合物またはカルボニル化合物の前駆体（例えば、トリオキサンやパラホルムアルデヒド）を二酸化硫黄または二酸化硫黄の前駆体（例えば、硫黄とオキシダント、あるいは三酸化硫黄と還元剤）と水とを反応させることにより調製できる。
【００１８】
【化２】
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【００１９】
(式中、Ｒ１およびＲ２は、個々に、水素または約９までの炭素原子を有するヒドロカルビルもしくはその混合物である。）
本発明で使用するα−ヒドロキシスルホン酸を調製するのに有用なカルボニル化合物の例示的例は、下記に見出される：
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｈ（ホルムアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝ＣＨ３（アセトアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝ＣＨ２ＣＨ３(プロピオンアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３（ｎ−ブチルアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝ＣＨ（ＣＨ３）２（ｉ−ブチルアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝ＣＨ２ＯＨ（グリコールアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝ＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ（グリセルアルデヒド）
Ｒ１＝Ｈ，Ｒ２＝Ｃ（＝Ｏ）Ｈ（グリオキサール）
【００２０】
【化３】
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【００２１】
Ｒ１＝Ｒ２＝ＣＨ３（アセトン）
Ｒ１＝ＣＨ２ＯＨ，Ｒ２＝ＣＨ３（アセトール）
Ｒ１＝ＣＨ３，Ｒ２＝ＣＨ２ＣＨ３（メチルエチルケトン）
Ｒ１＝ＣＨ３，Ｒ２＝ＣＨＣ（ＣＨ３）２（メシチルオキシド）
Ｒ１＝ＣＨ３，Ｒ２＝ＣＨ２ＣＨ（Ｈ３）２（メチルｉ−ブチルケトン）
Ｒ１，Ｒ２＝（ＣＨ２）５（シクロヘキサノン）または
Ｒ１＝ＣＨ３，Ｒ２＝ＣＨ２Ｃｌ（クロロアセトン）
カルボニル化合物およびその前駆体は上述の化合物の混合物であることができる。例えば、該混合物はカルボニル化合物または前駆体、例えば、上昇させた温度で熱によりホルムアルデヒドに戻ることが知られているトリオキサンのような前駆体またはいずれかの公知の方法によりアルデヒドへのアルコールの脱水素反応によりアルデヒドに変換できるアルコールのような前駆体であることができる。かかるアルコールからアルデヒドへの変換を下記に示す。カルボニル化合物源の例は、ヒドロキシアセトアルデヒドとその他のアルデヒドとの混合物および「Ｆａｓｔ  Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏ−ｏｉｌ  Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ，Ｂｉｏｍａｓｓ−ｔｏ−Ｄｉｅｓｅｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ」（Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｒｉｃｈｌａｎｄ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ５−６，２００６）に記載されているような急速熱分解から生成したケトンであり得る。カルボニル化合物およびその前駆体は、ケトンおよび／またはアルデヒドと、好ましくは１〜７個の炭素原子の範囲の、ケトンおよび／またはアルデヒドに変換できるアルコールとの混合物または，ケトンおよび／またはアルデヒドの混合物であることもできる。
【００２２】
有機カルボニル化合物、ＳＯ２および水を合わせることによるα−ヒドロキシスルホン酸の調製は通常の反応であり、アセトンについて式２に例証される。
【００２３】
【化４】
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【００２４】
α−ヒドロキシスルホン酸は、ＨＣｌよりも強酸とまでいえないが、同程度の強さの酸であると思われる。それは、そのアダクトの水性溶液が、より弱い酸、ＨＣｌをフリーにするＮａＣｌと反応すると報告されているからである（米国特許第３，５４９，３１９号参照）。式１の反応が真の平衡式であり、酸の容易な可逆性をもたらす。すなわち、加熱すると、出発カルボニル、二酸化硫黄、および水（成分形態）に平衡移動する。もし揮発成分（例えば、二酸化硫黄）を蒸発や他の方法により反応混合物から除くようにすると、酸反応は完全に逆転し、溶液は有効に中性となる。したがって、温度を高めるおよび／または圧力を下げることにより、二酸化硫黄は追い払われ、Ｌｅ  Ｃｈａｔｅｌｉｅｒの原理により、反応は完全に逆転し、カルボニル化合物の運命は、使用した物質の性質に依存する。カルボニルも揮発性であり（例えば、アセトアルデヒド）、この物質も容易に蒸気相中で除去される。ベンズアルデヒドのようなカルボニル化合物は、水にやや溶けにくいが、第２の有機相を形成し、機械的手段により分離できる。かくて、慣用の手段、例えば、熱および／または真空、スチームおよび窒素ストリッピングの連続適用、溶媒洗浄、遠心分離等により、カルボニルを除去できる。したがって、これらの酸の形成は可逆性であり、温度を上昇させるに連れ、二酸化硫黄および／またはケトンを混合物からフラッシュでき、再循環させるために濃縮または何かに吸収させることができる。これらの可逆性の酸は、鉱酸とほぼ同程度の強さの酸であるが、微生物の細胞を破壊し、アルコールの共存下で脂肪酸エステルへの脂質のエステル交換を触媒するのに有効であることが見出された。我々は、これらの処理が、該細胞に対する浸透性を上昇させ、脂質の抽出効果を向上させると共にエステル交換反応を触媒し、こうして、脂肪酸エステル（脂肪酸アルキルエステル）生成および回収を容易にすることを見出した。さらに、この処理に続く混合物から酸が有効に除去されるので、下流の処理を複雑にする塩基を用いる中和を実質的に回避する。これらの酸を逆転させ再循環させる能力は、経済的または環境的実践であるであろうよりも高濃度の使用を可能にする。
【００２５】
所定の温度および圧力において式１に示された平衡の位置は、使用したカルボニル化合物の性質、酸の熱安定性に強い影響を示す空間配置効果および電子的効果により大きく影響されることを見出した。カルボニルの周りのより大きな空間配置バルクは、酸形成のより低い熱安定性に好ましい傾向にある。したがって、適切なカルボニル化合物の選択により酸の強度および容易分解性の温度を調整することができる。
【００２６】
アルコールはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、またはデカノールから選択される少なくとも１種を含むことができる。メタノールは脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）を製造するのに好適である。
【００２７】
一定の実施態様では、下記に示す反応は、連続流（例えば、ＣＳＴＲおよび栓流反応器）、バッチ式、半バッチ式または多システム容器および反応器および充填床フロースルー反応器を含むシステムを含む、適当な設計のいずれかのシステム中で実施される。経済的実施可能性の厳格的理由のため、本発明は、定常状態平衡の連続流システムを使用して実施される。
【００２８】
図面は、微生物バイオマスから脂肪酸エステルの直接製造のための本発明の実施態様１００を示す。この実施態様では、微生物バイオマス１０は、α−ヒドロキシスルホン酸を含有する酸処理システム２０中に導入され、ここで、微生物バイオマスは、アルコール（１２より与えられる）および少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸を含有する溶液との接触を可能とし、それにより、少なくとも１種の脂肪酸エステルを含有する酸処理済みバイオマス２２を生成する。酸処理システムは、その場で発生するα−ヒドロキシスルホン酸を含む多くの成分を含むことができる。明細書中で使用する「その場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）」と言う用語は、全プロセス内で生成される成分を指すが、製造または使用のための特定の反応器に制限されず、したがって、プロセス中で発生した成分と同義である。用語「その場」は、微生物オイルの抽出と組み合わせる脂肪酸エステルを形成することを記載するのにも使用される。２０からの酸処理済みバイオマス２２は、酸除去システム３０に導入され、ここで、酸は除去され（場合により、その成分中で形成）、次いで、３４は回収され（そして、場合により、浄化される３６）、再循環流３８より２０に再循環され（成分として、その組み合わせた形体および／または再組み合わせ形体）、実質的にα−ヒドロキシスルホン酸を含まない酸処理済みバイオマスを含む酸処理済みバイオマス生成物流３２は脂肪酸回収領域４０に供給する。脂肪酸回収領域４０では、脂肪酸エステルは、処理済みバイオマス生成物流４２から回収され、残留物４４は除去される。除去済み酸の再循環では、場合により、追加のカルボニル化合物、ＳＯ２および水を必要に応じて加える（集合的に３８）。成分として除去済み酸を、成分および／またはその再組み合わせ形体（類）として３８に再循環できる。
【００２９】
したがって、典型的な酸処理混合物は、（ａ）少なくとも１種の脂質を含有する微生物バイオマス、（ｂ）少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸、（ｃ）アルコールおよび（ｄ）水を含有する。本発明の方法では、トリアシルグリセリド（ＴＡＧ）のような中性脂質を脂肪酸アルキルエステルに直接変換するのに有効である。したがって、典型的な反応生成物混合物（または流れ）では、該混合物は、（ａ）バイオマス残留物（崩壊済みまたは酸処理済みバイオマス）、（ｂ）アルコール、（ｃ）少なくとも１種のα−ヒドロキシスルホン酸、（ｄ）水、および（ｅ）少なくとも１種の脂肪酸アルキルエステルを含有する。脂肪酸アルキルエステルのアルキル基は、アルコール由来の相当するアルキル基であり得る。例えば、脂肪酸アルキルエステルのアルキル基は、アルコールとしてメタノールを使用するときメチル基であり（ＦＡＭＥ）、エタノールを使用するときエチル基（ＦＡＥＥ）である。該方法は、本質的にすべての中性脂質または総脂質の少なくとも６０重量％を変換する（極性脂質および中性脂質を含む）。
【００３０】
種々の因子が微生物バイオマスの細胞破壊およびエステル交換反応に影響を与える。カルボニル化合物または（トリオキサンのような）初期カルボニル(incipient carbonyl)化合物と二酸化硫黄および水とを一定の量でα−ヒドロキシスルホン酸を形成するのに有効な条件下で加えるべきである。酸処理の温度および圧力は、α−ヒドロキシスルホン酸を形成しかつ微生物バイオマス細胞を破壊しかつエステル交換反応を触媒する範囲であるべきである。カルボニル化合物またはその前駆体および二酸化硫黄の量は、総溶液を基準に、約１重量％から、好ましくは約５重量％から、最も好ましくは約１０重量％から、約５５重量％まで、好ましくは約５０重量％まで、最も好ましくは約４０重量％までの範囲のα−ヒドロキシスルホン酸を生成すべきである。反応について、過剰の二酸化硫黄は必要ではないが、しかし、いずれかの過剰の二酸化硫黄は、上昇させた温度で、酸形成を促進するように式１において平衡に駆動するのに使用できる。微生物バイオマス対アルコール比は、重量基準で、好ましくは、約１：５〜約５：１の範囲である。
【００３１】
加水分解反応の接触条件は、使用するα−ヒドロキシスルホン酸に依存して約少なくとも約５０℃からの温度で行うことができるが、かかる温度は使用する酸および圧力に依存して室温程度の低い温度であることもできる。加水分解反応の接触条件は、使用するα−ヒドロキシスルホン酸に依存して、好ましくは、約１６０℃を含んでそれ以下の範囲であることができる。より好適な条件では、温度は、少なくとも８０℃から、最も好ましくは、少なくとも約１００℃である。より好適な条件では、温度は、約１２０℃〜約１５０℃の範囲である。反応は、好ましくは、できるだけ低い圧力で行われ、過剰の二酸化硫黄を含有する要件で与えられる。反応は、約１ｂａｒｇ、好ましくは、約４ｂａｒｇ程度の低さの圧力で、また最高１０ｂａｒｇまでの高さの圧力で行われる。最適に利用される温度および圧力は、当業者により実施される金属学および封じ込む容器の経済的考慮に基づいて特定の選択をしかつ最適化されたα−ヒドロキシスルホン酸に依存する。
【００３２】
微生物バイオマスから、分解生成物の形成を制限しながら最大量の脂肪酸アルキルエステルが生成するように酸処理の温度を選択できる。「乾燥重量」バイオマスに対する酸溶液の量は、得られた脂肪酸エステルの最終的濃度を決定する。したがって、できるだけ高濃度のバイオマスが望ましい。
【００３３】
一定の実施態様では、複数の容器を酸処理を行うのに使用できる。これらの容器は、酸処理を行うことのできるいずれかの設計を有することができる。適切な容器設計には、バッチ式、トリクルベッド、並流、逆流、攪拌タンク、または流動層反応器等があるが、これらに限定されない。反応器のステージングを、最も経済的解決を達成するように使用することができる。適切な反応器設計には、逆混合反応器（例えば、攪拌タンク、バブルカラム、および／またはジェット混合反応器）等があり（これらに限定されない）、部分的に消化したバイオ系供給原料および液体反応媒体の粘度および特性が所定通りに操作するのに充分である場合に使用でき、ここで、バイオ系供給原料固体を過剰の液相（積層温浸器と対照的に）中に懸濁させる。静置相として存在する微生物バイオマスおよび該物質上を通過するα−ヒドロキシスルホン酸溶液と共にトリクルベッド反応器を使用できることも考えられる。
【００３４】
残留α−ヒドロキシスルホン酸を、熱および／または真空の適用により酸処理済みバイオマスから除去することができ、α−ヒドロキシスルホン酸の形成をその出発物質に対して逆方向にし、α−ヒドロキシスルホン酸を実質的に含まない酸処理済みバイオマスを含有する流れを生成する。特に、生成物流は、実質的に、α−ヒドロキシスルホン酸を含まず、これは、生成流中に約２重量％以下、好ましくは、約１重量％以下、より好ましくは、約０．２重量％以下、最も好ましくは、約０．１重量％以上存在することを意味する。使用する温度および圧力は使用するα−ヒドロキシスルホン酸に依存し、使用する温度を可及的に低くすることが、処理反応で得た生成物を保護するのに望ましい。典型的には除去は、約５０℃から、好ましくは、約８０℃から、より好ましくは、９０℃から、約１１０℃まで、約１５０℃までの範囲の温度で、約０．１ｂａｒａ（大気圧）〜約３ｂａｒａ、より好ましくは、１ｂａｒａ〜約２ｂａｒａの範囲で行うことができる。α−ヒドロキシスルホン酸の形成および維持に好ましい条件下および逆反応に好ましい除去下で反応が行われるようにシステムが設計される限り、反応器形状および反応ステージに依存して、処理反応２０および酸３０の除去は同一容器中もしくは異なる容器中でまたは多くの異なる種類の容器中で起こることができることは当業者により了解されるであろう。例として、反応容器２０中の反応は、α−ヒドロキシエタンスルホン酸およびアルコールの共存下おおよそ１００℃および４ｂａｒｇの圧力で操作でき、除去容器３０は、おおよそ１１０℃および０．５ｂａｒｇの圧力で操作できる。形成されたα−ヒドロキシスルホン酸の反応性蒸留により、逆方向の反応が好ましく行うことができるとさらに意図される。除去した酸の再循環では、場合により、追加のカルボニル化合物、ＳＯ２、および水を必要に応じて加えることができる。本発明のプロセスは、単一工程で脂肪酸エステル（脂肪酸アルキルエステル）を生成し、しかも酸触媒の容易な除去を可能にする。
【００３５】
本発明は、種々の修正および代替形体の余地があるが、その特定の実施態様が、本明細書中で詳細に記載された例により示される。それに対する詳細な記述は開示される特定の形体に本発明を制限する意図はなく、逆に本発明は、請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲内に入る総ての修正、均等物および代替物を含むことが了解されるべきである。本発明は、下記の例証的実施態様により例証されるが、それは例証を示すのみであり、いかようにも特許請求した発明を制限するとして解釈されるべきでない。
【実施例】
【００３６】
一般的方法および材料
例では、アルデヒドまたはアルデヒド先駆物質がシグマ・アルドリッチ社から得られた。
【００３７】
Ｒｅｅｄ  Ｍａｒｉｃｕｌｔｕｒｅ  Ｉｎｃ．より得られた市販肉微小藻類製品を実験を行うのに使用した（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｇｒｅｅｎ  ａｌｇａｅ）。
【００３８】
分析方法
バルク藻類物質の脂質決定
総脂質含量（ＦＡＭＥを含む）の決定を、Ｄｉｎｏｅｘ  Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｏｒ（ＡＳＥ  ３５０）により行った。藻類試料を一夜にわたって凍結乾燥した。次いで、砂と一緒に１ｇの藻類試料を抽出器セル（６６ｍｌ）に充填した。ＡＳＥ抽出器セルの両端において２ｇのガラス繊維フィルター（０．２ミクロン）を抽出溶媒に対するいずれかの可能性のある藻類の損失（ｓｌｉｐｐａｇｅ）を遮断するために使用した。メタノールおよびクロロホルム（６５％：３５％）の混合物を、６０℃で１５００ｐｓｉの圧力下１０分の静置時間で脂質の抽出する溶媒システムに使用した。ＡＳＥ抽出後、抽出物中のいずれかの塩を、分離漏斗中で脱イオン水で振ることにより洗浄して除いた。分離したクロロホルム／メタノール溶媒をＧｅｎｅｖａｃ遠心分離エバポレーター中で蒸発乾燥させた。脂質含量を、化学天秤を使用して乾燥脂質を秤量後、計算した。
【００３９】
脂質含量を、脂質＝（試料抽出量−ブランク抽出量）／乾燥重量として報告した。
【００４０】
例
α−ヒドロキシスルホン酸形成のための一般的手順
アルデヒドおよびケトンは水中で容易に二酸化硫黄と反応して上記式１にしたがってα−ヒドロキシスルホン酸を形成する。これらの反応は、一般に迅速であり幾らか発熱する。添加の順番（カルボニルにＳＯ２またはＳＯ２にカルボニル）は、反応の結果に影響を与えないようであった。カルボニルがアルドール反応可能なとき、濃縮混合物（＞３０％重量）の調製は、可及的に副反応を少なくするために周囲温度よりも低い温度で行うのが最適である。圧力反応容器またはシステム中に挿入可能なプローブ使用するその場赤外分光法を使用する反応の行程追跡に利点があることを見出した。Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  Ａｕｔｏｃｈｅｍ’ｓ  Ｓｅｎｔｉｎａｌプローブのような該システムの多くの製品がある。出発物質：水（１６４０ｃｍ−１）、カルボニル（有機カルボニル構造に依存して、おおよそ１７５０ｃｍ−１〜１６５０ｃｍ−１）およびＳＯ２（１３３１ｃｍ−１）を観察できるのに加えて、α−ヒドロキシスルホン酸の形成が、ＳＯ３−基の特徴的バンド（１２００ｃｍ−１付近で広いバンド）形成およびα−ヒドロキシ基（１１２５ｃｍ−１付近に単〜複数バンド）の伸縮（stretches)を伴う。α−ヒドロキシスルホン酸のモニターに加えて、いずれかの温度および圧力における同等物の相対位置を、出発成分および酸コンプレックスのピーク高さにより容易に評価できる。α−ヒドロキシスルホン酸の明確な存在をＩＳＩＲで確認もできる。
【００４１】
実施例１
アセトアルデヒドから４０重量％α−ヒドロキシスルホン酸の形成
１２オンスＬａｂ−Ｃｒｅｓｔ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｖｅｓｓｅｌ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｐｏｒｔｅｒ  ｂｏｔｔｌｅ）中に、２６０ｇの窒素脱ガス水を入れた。これに５６．４グラムのアセトアルデヒドを攪拌しながらシリンジを介して加えた。アセトアルデヒド／水混合物は見掛けの蒸気圧を示さなかった。Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｐｏｒｔｅｒ  ｂｏｔｔｌｅ中の内容物を、ＳｉＣｏｍｐＩＲレンズを装着した冷却６００ｍｌＣ２７６スチール製反応器中に移した。８１．９ｇの二酸化硫黄を装填した単端（ｓｉｎｇｌｅ  ｅｎｄｅｄ）Ｈｏｋｅ容器を逆さにし、反応器の頂部に連結した。反応系にＳＯ２を少しずつ加えた。反応器の圧力をおおよそ３ｂａｒに固定し、次いで、急速に大気圧に降下させ、同時にＩＳＩＲが出現を示し、次いでＳＯ２の急速な消費を示した。酸の形成の間（１４℃〜４５℃）、反応混合物の温度が約３１℃に上昇した。ＩＳＩＲおよび反応圧は、反応がおおよそ１０分以内で完了したことを示した。最終溶液は、下記の特性：約１１７５ｃｍ−１を中心にした広いバンドおよび１０３８ｃｍ−１および１０１５ｃｍ−１に２つの鋭いバンドをもつ赤外スペクトルを示した。３ｂａｒに窒素で加圧し、ベントすることにより反応器を２回パージした。これにより、残留アルデヒドやＳＯ２を含まない、４０重量％のα−ヒドロキシスルホン酸の安定な溶液３９７ｇを生成した。この物質のサンプルをｄ６−ＤＭＳＯ中に溶解し、１３ＣＮＭＲにより分析した。これは、α−ヒドロキシスルホン酸の２個の炭素に相当する８１．４および１８．９ｐｐｍで２つの炭素吸収を示し、検出限界（約８００：１）に対してその他の有機不純物を示さなかった。
【００４２】
実施例２
α−ヒドロキシスルホン酸溶液を用いるその場肉微小藻類の処理
３００ミリリットルのオートクレーブ中におおよそ４０．０ｇの乾燥ナノコロプシス(Nannochoropsis)緑藻類を入れた。これに６０．０ｇのメタノールおよび２０．０ｇの４０％α−ヒドロキシエタンスルホン酸（アセトアルデヒドから調製）水性溶液を攪拌しながら加えた。反応混合物を１０００〜１５００ｒｐｍで攪拌した。次いで、反応混合物を目標温度１４０℃に加熱し、２時間の間その温度を維持した。加熱を停止し、反応器を横切る圧縮空気ブローの流れを使用して室温に反応を冷却した。反応器をベントし、次いで、数分間ゆっくりした窒素流でパージし、反応器中の二酸化硫黄を除去した。反応器を開き真空フラスコを使用する中型ガラスフリット漏斗を通して内容物を濾過した。ろ液を凍結乾燥機中で乾燥させ、次いでヘキサンで抽出して、ソックスレー抽出機により脂質を回収した。酸予備処理、乾燥および抽出後、乾燥重量を基準に１３．１２％の脂質を回収した。脂質のＧＣ−ＦＩＤ分析は、モノグリセリド（ＦＡＭＥ）の存在を示し、ジグリセリドまたはトリグリセリド領域で溶出する化合物を検出できなかった。モノグリセリド（ＦＡＭＥ）の形成をＣ−１３ＮＭＲ分析によっても確認された。
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【国際調査報告】
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