СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОГО И ПИЩЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
METHOD OF OBTAINING FATTY ACIDS FOR PHARMACOLOGICAL AND FOOD PURPOSE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к эффективному промышленному и непрерывному способу получения фармакологических и пищевых жирных кислот, который включает стадии:
2
- подачи газа, который включает по меньшей мере CO, также как и парниковые газы, в реактор, который содержит культуру, которая включает по меньшей мере один вид микроводорослей, способных к фотосинтезу;
2
- фотосинтеза видами микроводорослей после подачи CO c продуцированием биомассы, содержащей соединение общей формулы (I):
;
- экстракции соединения общей формулы (I) из полученной биомассы; и
- концентрирования и/или очистки соединения общей формулы (I).
Кроме того, настоящее изобретение относится к соединениям фармакологического и пищевого назначения, полученным способом по изобретению, в котором используются микроводоросли и углекислый газ (диоксид углерода) как источник их получения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сердечно-сосудистые заболевания (CVD) являются главной причиной смерти во всем мире. От сердечно-сосудистого заболевания каждый год умирает больше людей, чем от любой другой причины. Рассчитано, что в 2005 г. 17,5 миллионов человек умерло от этой причины, что представляет 30% всех смертельных случаев, зарегистрированных в мире; 7,6 миллионов из этих смертельных случаев происходили из-за ишемической болезни сердца, и 5,7 - из-за цереброваскулярных катастроф (CVA). Смертельные случаи из-за CVD воздействуют на оба пола одинаково и больше чем 80% встречаются в странах с низким или средним доходом. Рассчитано, что в 2015 г. приблизительно 20 миллионов человек умрет от CVD, особенно от заболевания сердца и CVA, и, как ожидается, это продолжит быть главной причиной смерти.
Сердечные приступы и CVA обычно являются острыми феноменами, главным образом вызванными обструкциями, предотвращающими кровоток к сердцу или к мозгу. Самая частая причина - формирование жировых отложений на стенах кровеносных сосудов, которые ирригируют сердце и мозг. CVA может также вызываться геморрагиями в церебральных кровеносных сосудах или кровяными сгустками.
Причины CVD хорошо определены и хорошо известны. Самые важные причины болезни сердца и CVD известны как "видоизменяемые факторы риска": вредная диета, физическая инертность и курение. Действия вредной диеты и физической инертности могут проявиться как "промежуточные факторы риска": увеличенное кровяное давление, сахар и содержание жира в крови, излишний вес и ожирение. Видоизменяемые факторы риска ответственны приблизительно за 80% случаев ишемической болезни сердца и цереброваскулярных катастроф.
Существует множество основных факторов для хронических заболеваний, то есть "причины причин", которые являются отражением главных сил, на которые воздействуют социальные, экономические и культурные изменения: глобализация, урбанизация и старение населения. Другими факторами, воздействующими на CVD, являются бедность и стрессы.
По меньшей мере 80% преждевременных смертельных случаев из-за болезни сердца и CVD могли быть предотвращены за счет здоровой диеты, регулярной физической активности и отказа от курения. Возможно уменьшить риск CVD за счет регулярной физической активности, за счет исключения активной или пассивной ингаляции табачного дыма, потреблением диеты, богатой плодами и овощами, за счет исключения пищевых продуктов с высоким содержанием жира, сахара и поваренной соли, и поддерживая здоровый вес тела. Путь предотвращения и контроля CVD проходит через общее интегрированное действие.
Общее действие требует комбинации мер, которые направлены на уменьшение общего риска среди популяции, и стратегий, направленных на индивидуумов с риском или на тех, кто страдает от заболевания.
Примерами вмешательств на уровне популяции, для уменьшения CVD, являются общая политика по контролю курения, политика цен по уменьшению потребления пищевых продуктов, богатых жиром, сахаром и солью, создание пешеходных и велосипедных дорожек для того, чтобы вызвать физическую активность, и обеспечение школьных столовых здоровыми пищевыми продуктами. Интегрированные стратегии сосредотачиваются на главных факторах риска, обычных для хронических заболеваний, таких как CVD, диабет и рак: вредная диета, физическая инертность и курение. В этом контексте, см., например: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs317/es/index.html.
В соответствии с вышеизложенным, интегрированная стратегия включила бы поощрение потребления омега-3 жирных кислот (упоминаемых в дальнейшем просто как 'омега-3'); было показано экспериментально, что потребление большого количества омега-3 значительно увеличивает время свертывания крови, что объясняет, почему случаи сердечно-сосудистых заболеваний особенно низки среди сообществ с диетами, обогащенными омега-3 (инуиты, японцы и т.д.); см. 'Marine oils as a source of omega-3 fatty acids in the diet: how to optimize the health benefits", Uauy Dagach, R: Valenzuela, A. Prog-Food-Nutr-Sci. 1992; 16(3): 199-243; "Fish Consumption, Fish Oil, Omega-3 Fatty Acids, and Cardiovascular Disease", Penny M. Kris-Etherton, PhD, RD; William S. Harris, PhD; Lawrence J. Appel, MD, MPH, for the Nutrition Committee, Circulation. 2002; 106:2747-2757; "The Effect of Dietary {omega}-3 Fatty Acids on Coronary Atherosclerosis", Clemens von Schacky, MD; Peter Angerer, MD; Wolfgang Kothny, MD; Karl Theisen, MD; and Harald Mudra, MD, Annals of Internal Medicine, 6 April 1999 /Volume 130 Issue 7/ Pages 554-562.
В некоторых случаях также предполагают, что потребление омега-3 имеет благоприятные действия на мозг. Высокие количества могут уменьшить эффекты депрессии, "Omega 3 Fatty Acids in Bipolar Disorder", Andrew L. Stoll, Arch Gen Psychiatry. 1999; 56:407-412; "Addition of Omega-3 Fatty Acid to Maintenance Medication Treatment for Recurrent Unipolar Depressive Disorder", Boris Nemets, Am. J. Psychiatry 159:477-479, March 2002, и даже группы детей школьного возраста значимо улучшили свои рабочие показатели после принятия внутрь таблеток рыбьего жира (богатого омега-3).
Однако при принятии внутрь рыбьих жиров как пищевой добавки требуется предосторожность из-за риска потребления опасного количества диоксинов, ртути и других тяжелых металлов, имеющихся во многих типах рыб.
Лучшими источниками омега-3 являются холодноводные рыбы, включая лосося, у которого, возможно, имеется самый низкий уровень контаминации. Другие важные источники включают голубую рыбу, среди которых сардина, имеющая соотношение омега-6 к омега-3, равное 1:7.
Лучшей альтернативой среди овощей является семя конопли, поскольку у него имеется идеальное соотношение омега-6 и омега-3: три части омега-6 на одну часть омега-3 (3/1); кроме того, семена дешевы в магазинах кормов для домашних животных, но имеют очень твердую шелуху, и, таким образом, потребление их очень неприятно.
Соединения омега-3 жирной кислоты могут быть использованы для уменьшения триглицеридов, как альтернатива для фибрата, и добавлены к статину у пациентов с комбинированной (смешанной) гиперлипидемией, не поддающейся контролю только одним статином. Концентрация триглицеридов более чем 10 ммоль/л ассоциирована с острым панкреатитом; таким образом, снижение концентрации уменьшает риск. Содержание жира в компонентах омега-3 жирных кислот (включая их вспомогательные вещества) должно быть принято во внимание во время лечения высоких уровней триглицеридов.
Омега-3 жирные кислоты известны как незаменимые жирные кислоты, так как сам человеческий организм не может их продуцировать. Химически они являются длинноцепочечными полиненасыщенными жирными кислотами (PUFA) с множеством двойных связей углерод-углерод, с первой из двойных связей на третьем углероде от терминальной метильной группы.
У этих омега-3 кислот, как известно, есть противовоспалительные функции (улучшающий иммунный ответ), и они эффективны в предотвращении и лечении определенных болезней сердца, при контролировании количества триглицеридов в крови и в предотвращении сердечных приступов, тромбов и подобных состояний, а также имеют благоприятные действия на нервную и пищеварительную системы. Были выполнены многочисленные исследования, показавшие, что эти незаменимые жирные кислоты могут принести пользу пациентам с артритом, высоким кровяным давлением, нейродермитом и другими состояниями.
Хотя мы только начинаем понимать биологические функции этих PUFA, их воздействие на средства для здоровья, они являются критическими питательными веществами, и имеется общее мнение, что они должны стать ежедневными добавками во всех диетах. Как частичный ответ на эти клинические результаты, много международных институтов и учреждений теперь рекомендует увеличить суточное потребление этих соединений.
Этот неожиданный фармацевтический и пищевой интерес привел к вспышке требований к PUFA, которые объединены с недостаточной поставкой из традиционных источников и недостаточной поставкой высокочистого PUFA для биомедицинского применения (пищевое фармацевтическое качество), что вызвало поиск альтернативных источников, таких как грибы и бактерии.
Так же, как группа жирных кислот, включающих комплекс омега-3, они включают группы омега-7 и -9, которые также рассматриваются как жизненно важные. Омега-7, или пальмитолеиновая кислота, очень полезна для кожи и слизистых оболочек и присутствует в значительных концентрациях в обеих тканях. Эта мононенасыщенная жирная кислота в количестве 28% присутствует в масле куста, известного как крушинная облепиха (Hippophae rhamnoides). Это растение растет в Китае и на европейском Атлантическом побережье в форме куста, и его ягоды (семена и пульпа) используются для получения масла. Традиционно, масло крушинной облепихи использовалось для лечения различных эпителиальных заболеваний.
Функции омега-7 в коже и слизистых оболочках являются следующими:
• Противовоспалительная: помогает ослаблять или улучшать симптомы определенных состояний кожи, таких как дерматит, экзема и псориаз, и состояния слизистой оболочки, такие как желудочные и язвенные болезни, и действует при вагинальном воспалении, среди других состояний.
• Мягкий анальгетик: действия на боль, вызванную кожными состояниями и состояниями слизистой оболочки.
• Антиоксидант: обеспечивает защиту от определенных веществ, таких как свободные радикалы.
• Питательное вещество: как для кожи, так и для слизистых оболочек.
Омега-9 (ω-9) жирные кислоты являются типом ненасыщенной жирной кислоты, находящейся в некоторых пищевых продуктах. Некоторые исследования предполагают, что эти жирные кислоты связаны с раком молочной железы (Valeria Pala, Vittorio Krogh, Paola Muti, Veronique Chajes, Elio Riboli, Andrea Micheli, Mitra Saadatian, Sabina Sieri, Franco Berrino (2001)). Биологические действия ω-9 в общем случае опосредованы ее взаимодействиями с омега-3 и омега-6 жирными кислотами; у ω-9 есть двойные связи C=C в положении ω-9. Некоторые ω-9 являются обычными компонентами животного жира и растительного масла.
Две важные ω-9 жирные кислоты:
• Олеиновая кислота (18:1 ω-9), которая является основным компонентом оливкового масла и других мононенасыщенных жиров.
• Эруковая кислота (22:1 ω-9) присутствует в рапсе (Brassica napus), семенах желтофиоля (Erysimum) и семенах горчицы (Brassica). Рапс с высоким содержанием эруковой кислоты используется коммерчески в красках и лаках в качестве высыхающего и защитного агента.
В отличие от ω-3 и ω-6 жирных кислот, ω-9 жирные кислоты не классифицированы как незаменимые жирные кислоты (EFA). Это связано с тем, что они могут синтезироваться в организме человека, и, таким образом, они не являются незаменимыми в диете, потому что отсутствие двойной связи ω-6 означает, что они включены в реакции продуцирования эйкозаноидов.
2
При тяжелых условиях недостатка EFA у млекопитающих происходит удлинение и десатурация олеиновой кислоты с получением эйкозатриеновой кислоты (20:3 ω-9). В меньшей степени это также имеет место у вегетарианцев и полувегетарианцев (Phinney, SD, RS Odin, SB Johnson and RT Holman (1990)).
Маркетинг жирных кислот с фармакологическими интересующими свойствами, полученных из масел микроводорослей, зависит от его конкурентоспособности с рыбьими жирами. Выбор конкретного источника основан на требуемой концентрации PUFA, доступности сырья, а также наличия и природы примесей.
Обычно омега-3 жирные кислоты потребляются двумя путями: через повседневный пищевой рацион и/или как пищевая добавка. Сегодня главным источником пищевых омега-3 жирных кислот являются рыбы. Однако растущие фармацевтические и пищевые запросы добавили ряд неудобств, относящихся к этим типам кислот, которые во многих случаях могут быть решены при использовании другого типа масла (микроводоросли), что создало потребность в новых путях исследования альтернативных источников. В этом контексте микроводоросли представляют альтернативный источник как по показателям масштабности продукции, так и качества продукции.
В соответствии с вышеизложенным некоторые из неудобств рыбьего жира описаны ниже, и обсуждается решение, в котором экстрагированный из микроводорослей продукт представляет решение этих неудобств.
- Рыбьи жиры содержат в целом варьирующее количество омега-3 жирных кислот; однако, концентрация требуемых жирных кислот весьма низкая, принимая во внимание, что только часть триглицеридов содержит эти жирные кислоты, и, таким образом, эти масла с высокой жирностью и калорийностью менее полезны для здоровья.
Однако масла микроводорослей содержат значительно более высокие уровни требуемых кислот, с более простыми и более гомогенными липидными профилями. Эти организмы богаты белками, олигоэлементами, витаминами, антиоксидантами и т.д. и могут быть использованы как источники питательных макро- и микроэлементов в составе пищевых продуктов.
- Проблемы окисления: рыбий жир, наряду с омега-3, содержит определенное количество и других очень ненасыщенных жирных кислот с короткой цепью. Двойные связи в цепях жирной кислоты, такой как омега-3 и другой PUFA, в рыбьем жире склонны к окислению из-за кислорода и других окисляющих средств. Ухудшение масла из-за окисления и действия бактерий во время хранения может привести к появлению низкомолекулярных соединений, таких как кетоны и альдегиды, к образованию нежелательных цветов, вкусов и/или запахов, уменьшая, таким образом, коммерческое значение масла.
- Рыбьи жиры также превосходные источники витаминов А и D (особенно жир печени трески), но это могло бы быть проблемой, если ежедневная рекомендуемая доза витаминов А и D превышена, чтобы принимать терапевтическое количества EPA и DHA. Эти витамины растворимы в жире, поэтому возможно, что диетический излишек (намного выше рекомендуемой суточной дозы) аккумулируется в организме и может стать вредным.
- Рыбий жир изменяется в цене и качестве (сезонно). Однако, в случае масла из микроводорослей, его получение может продолжаться в течение года, поскольку обычно нет никакой сезонной (климатической) или пищевой зависимости, особенно если система культуры представляет замкнутую систему (в фотобиореакторах, где показатели могут контролироваться).
- Могут присутствовать контаминанты, такие как пестициды и тяжелые металлы. Некоторые источники советуют быть осторожными при приеме жира печени трески и других продуктов из рыбы, поскольку они, с наибольшей вероятностью, содержат высокие содержания токсинов, такие как ртуть и PCB.
К сожалению, в настоящее время большая часть рыбы загрязнена ртутью, другими металлами, такими как кадмий, свинец, хром или мышьяк, PCB, диоксинами и другими токсинами. Самое большое беспокойство вызывает загрязнение ртутью, металлом, который очень токсичен для людей. Только в США ежегодно выделяется в атмосферу 40 тонн ртути, которая осаждается в воду дождем. Хотя в Испании, из-за значения рыбодобывающей промышленности в экономике, эта проблема в значимой степени не упоминается, органы здравоохранения в других странах выпустили предупреждение об этой проблеме. В США Агентство по защите окружающей среды (EPA) рекомендует, чтобы беременные женщины избегали употребления в пищу рыбы, такой как тунец, меч-рыба и другие виды крупной рыбы, поскольку метил-ртуть легко пересекает плацентарный барьер. При этом полезность этой рыбы для здоровья других групп населения оценивают как приближающуюся к рискам.
Кроме того, пестициды и гербициды, используемые в обычном сельском хозяйстве, также как и во многих других видах промышленности, способствуют ртутной контаминации морей и океанов.
Очевидно, что культивирование микроводорослей исключает содержание ртути или любого другого типа тяжелого металла или контаминанта, поскольку культивирование в замкнутой системе контролируется.
- Характерный запах. Рыбьи жиры содержат жирные кислоты, которые могут быть получены как субпродукты при производстве продуктов, таких как мясо рыбы с низким содержанием жира. В способах, используемых для экстракции и получения рыбьего жира, обычно получают летучие амиины, которые являются веществами с неприятным запахом (триметиламин, диметиламин и аммоний). Триметиламин является одним из главных летучих аминов, ассоциируемых с обычным запахом рыбы. Он продуцируется ферментативной конверсией оксида триметиламина, который является осморегулятором, присутствующим во многих рыбах. После экстракции и хранения нельзя избежать образования смеси с этим неприятным запахом.
Чтобы предотвратить выделение таких запахов, существуют обычные способы, включающие обработку для очистки, такую как раскисление и дезодорирование, для того, чтобы устранить примеси. Однако эти обычные способы могут устранить часть некоторых соединений из числа вызывающих запах, но при этом невозможно полностью устранить летучие амины, альдегиды и кетоны, поскольку эти соединения являются результатом большой цепи последовательных разложений, которые имеют место во время хранения. Кроме того, эти соединения имеют очень низкий порог запаха, который может быть быстро обнаружен при очень низких концентрациях.
- Большая часть рыбьего жира используется для получения масла или маргарина, и, таким образом, этот источник не достаточен для того, чтобы конкурировать сразу на нескольких рынках.
- Рыбий жир имеет сложный профиль жирных кислот (могут присутствовать вплоть до 50 различных жирных кислот). В случае жира печени трески почти 30% сложных эфиров не представляют интереса и должны быть отделены от требуемого соединения, что делает сложным эффективное выделение конкретной PUFA (в этом случае - EPA) при использовании простых способов разделения. В отличие от рыбьего жира, многие микроводоросли и, конкретно, виды, используемые в этом изобретении, имеют высокий процент содержания EPA, при отсутствии схожих PUFA.
В настоящее время имеются доступные технологии для того, чтобы очистить отдельную PUFA, такую как EPA, из концентратов сложного эфира рыбьего жира, где технологии основаны на физико-химических различиях соединений. Обычно эти различия являются ассоциируемыми с числом двойных связей и с длиной цепи. Наибольшее число соединений, которые схожи с целевым соединением, которые присутствуют в образце, осложняют выделение PUFA. В общем случае, рыбьи жиры содержат смесь многих метаболически активных жирных кислот, поэтому требуются новые источники, которые обеспечивают единственную биоактивную жирную кислоту в высоких концентрациях. В этом контексте, у микроводорослей имеется намного более простой профиль жирных кислот, чем в рыбьем жире, так что возможно использовать ту же самую методику очистки с возможностью получения большего выхода и чистоты, если используется экстракт микроводорослей вместо рыбьего жира.
Поэтому, как описано выше, необходимы более простые способы, с меньшим уровнем контаминирования, для получения таких соединений фармакологического и пищевого назначения, чем получение их из рыбьего жира. В этом смысле, это изобретение описывает новый способ получения этих соединений, который является простым, незагрязняющим, безвредным для окружающей среды и очень выгодным способом с большим выходом по сравнению с используемыми в настоящее время средствами.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Это изобретение относится к ускоренному способу получения жирных кислот фармакологического и пищевого назначения, с преимуществами в том, что он является промышленно применимым и непрерывным. Кроме того, это изобретение относится к соединениям фармакологического и пищевого назначения, полученным промышленно применимым и непрерывным способом, в котором используются микроводоросли и углекислый газ, предпочтительно выделяемый промышленными источниками, в качестве источников их получения.
Кроме того, это изобретение относится к применению полученных соединений для предотвращения заболеваний сердечно-сосудистой, нервной, аутоиммунной и пищеварительной систем.
Поэтому, первый аспект этого изобретения относится к способу получения жирных кислот фармакологического и пищевого назначения, который включает стадии:
2
a) подачи газа или смеси газов, которые включают CO, в реактор, который содержит культуру, которая включает по меньшей мере один вид микроводорослей, способных к фотосинтезу;
2
b) фотосинтеза видами микроводорослей с использованием подаваемого CO и продуцирования биомассы, которая содержит соединение общей формулы (I):
,
где:
3
10
1
10
1
7
A и X независимо одинаковы или различны и выбираются из C-C алкила, C-C алкенила, C-C циклоалкила или любой замещенной или незамещенной арильной группы;
n - целое число от 1 до 10;
1
4
1
3
3
7
R выбирается из H, гидроксильной группы, C-C алкила, C-C алкенила, C-C циклоалкила или любого другого замещенного или незамещенного арила;
W выбирается из группы, которая состоит из гидроксильной группы, молекулы глицерина, связанной с дополнительным соединением общей формулы (I), с образованием диглицерида, или молекулы глицерина, связанной с двумя дополнительными соединениями общей формулы (I), с образованием триглицерида;
и его соли, предпочтительно любую фармацевтически приемлемую соль, сольват или его пролекарства;
c) экстракции соединения общей формулы (I) из биомассы, полученной на стадии b); и
d) концентрирования и/или очистки соединения общей формулы (I), полученного на стадии c);
отличающемуся тем, что после стадий фотосинтеза от 5 до 100% культуры удаляют из реактора, которая подвергается разделению на твердую фракцию, которая содержит биомассу, которая затем подвергается стадии экстракции соединения общей формулы (I), и на жидкую фракцию, которая содержит карбонаты и/или бикарбонаты, которые отделяются от жидкой фракции для по меньшей мере частичного возвращения в реактор жидкой фракции, по существу не содержащей карбонатов и/или бикарбонатов.
В целом, способ получения жирной кислоты с фармакологической и пищевой активностью общей формулы (I) включает стадии:
2
- поглощения газа или смеси газов, которые содержат CO;
2
- ассимиляции и трансформации CO микроводорослями, продуцирующими биомассу, которая содержит соединение общей формулы (I);
- механической обработки питательной среды;
- механической и химической обработки водной фазы;
- экстракции соединения общей формулы (I); и
- концентрирования и/или очистки соединения общей формулы (I).
2
Стадия поглощения газа или смеси газов, которые содержат CO
2
В предпочтительном варианте осуществления стадия поглощения газа или смеси газов, содержащих CO, таких как парниковые газы, включает подачу такого эндогенного и/или экзогенного газа или смеси газов в реактор фотосинтезного типа, в котором есть по меньшей мере один вид фотосинтезирующих микроводорослей.
2
2
x
4
2
В этом самом способе, везде по описанию, 'парниковые газы', как понимают, являются любым газом, который включает СО. Обычно, эти газы состоят из смеси, которая содержит CO и другие потенциальные компоненты, такие как NO, CH или другие, в любой комбинации. Однако единственно действительно необходимым элементом для способа по изобретению является то, что он содержит по меньшей мере CO.
Таким образом, эти газы, которые достаточно вредны для окружающей среды, становятся частью питательных веществ, добавленных к реактору, чтобы 'питать' микроводоросли внутри него.
Кроме того, парниковые газы, добавленные обычно экзогенно, происходят из окружающей среды или газов промышленности, а добавленные эндогенно - происходят из газов, генерируемых в способе, разработанном в этом изобретении.
x
x
В зависимости от состава этих газов, они необязательно подвергаются предварительной обработке до того, как их добавляют в систему, в фотобиореакторы; в основном эта обработка состоит из по меньшей мере одного из следующего: существенного удаления SO,NO и влаги, а также снижения температуры газов до 30-40°C.
Способ по изобретению полезен тем, что он является непрерывным промышленным способом, который действует в условиях стерильности, то есть он изолирован от внешней контаминации.
2
Стадия ассимиляции и трансформации CO микроводорослями, продуцирующими биомассу, которая содержит соединение общей формулы (I)
2
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, стадия ассимиляции и трансформации COвключают процесс фотосинтеза в соответствии с природой фотосинтеза микроводорослей; с этой целью реактор, содержащий их, непрерывно подвергается воздействию естественным или искусственным светом, или любой их комбинацией.
2
Таким образом, микроводоросли в реакторах способны к ассимиляции углерода, находящегося в углекислом газе. В соответствии с этой ассимиляцией и благодаря условию наличия, предпочтительно в более низких пропорциях, других питательных веществ, таких как нитраты, фосфаты и микроэлементы металлов, микроводоросли способны к образованию, среди прочего, большего количества более сложных структур: белков, углеводов и липидов, при этом они являются главными. В пределах группы, состоящей из липидов, присутствуют соединения общей формулы (I), поскольку CO трансформирован фотосинтезом микроводорослей в биомассу, которая содержит соединение общей формулы (I), готовое к передаче на следующую стадию способа.
2
2
x
Кроме того, для улучшения эффективности поглощения парниковых газов микроводорослями внутренняя часть реакторов для фотосинтеза может работать в турбулентном режиме. Главная цель турбулентности состоит в том, чтобы вынудить каждого индивидуума (каждую микроводоросль) контактировать со светом в течение максимально возможного времени. Кроме того, турбулентность помогает предотвратить образование осадка. Для создания турбулентности может быть использован любой приемлемый способ, хотя обычно применяют прокачивание воздуха, N, CO, CO, NO, газообразных продуктов сгорания или любую их комбинацию.
Кроме того, микроводоросли в реакторе предпочтительно выбраны из группы, состоящей из: Clorophyceae, Bacilliarioficeas, Dinophyceae, Cryptophyceae, Chrysophyceae, Haptophyceae, Prasinophyceae, Raphidophyceae, Eustigmatophyceae или любой их комбинации. Эти виды микроводорослей являются теми, для которых была показана способность к удовлетворительному продуцированию жирных кислот фармакологического и пищевого назначения, получаемых согласно способу по изобретению.
В соответствии с вышеупомянутым, на этой стадии углерод из парниковых газов трансформируется, среди других веществ, в жирные кислоты общей формулы (I), после чего выполняется следующая стадия.
Стадия механической обработки питательной среды
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, стадия механической обработки питательной среды включает подэтапы:
- полной выгрузки или по меньшей мере частичного удаления культуры из реактора;
- разделения удаленной культуры на твердую фракцию, которая содержит биомассу, и жидкую фракцию, которая содержит карбонаты и/или бикарбонаты.
2
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, на подэтапе выгрузки удаляется от 5 до 100% питательной среды, предпочтительно от 5 до 50% и даже более предпочтительно 10% питательной среды так, чтобы оставшаяся часть находилась в реакторе для продолжения непрерывной ассимиляции и трансформации CO микроводорослями как биологической средой этого способа. Важно отметить, что эта удаляемая доля замещается, предпочтительно быстро, водой по существу без или с очень низкими концентрациями микроводорослей и карбонатов, которые получены на стадиях разделения, описанных ниже; количество микроводорослей, находящихся в возвращаемой воде, зависит от эффективности разделения для каждого конкретного способа.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, подэтап разделения удаленной культуры на твердую фракцию, которая содержит биомассу, и жидкую фракцию, которая содержит карбонаты и/или бикарбонаты, включает по меньшей мере одну механическую фазу экстракции, выбранную из фильтрации, центрифугирования, флоккуляции, электрокоагуляции, обработки ультразвуком, испарения, декантации или любой их комбинации. Таким образом, водная фаза отделяется от биомассы.
2
2
2
2
2
Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту осуществления, после фазы выгрузки выполняется фаза подкисления питательной среды, удаленной или извлеченной из реактора. На этом дополнительном подэтапе удаленную или извлеченную питательную среду собирают в резервуаре-накопителе, в который добавляют по меньшей мере один подкислитель для того, чтобы получить pH между 3,5 и 8, предпочтительно между 6 и 8. Подкислитель выбирают из группы, состоящей из CO (этот CO может быть в емкостях или быть промышленным), смеси CO и воздуха, сильных и слабых кислот или любой их комбинации. Предпочтительно, подкислитель представляет собой смесь CO с воздухом. Таким образом, среда из реактора, которая обогащена CO и бикарбонатом, препятствует преципитации (не давая возможности образования карбонатов), избегая тем самым проявления прилипания и образования осадка.
Стадия механической и химической обработки водной фазы
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, стадия химической обработки водной фазы включает следующие подэтапы:
2
- химической конверсии CO, присутствующего в жидкой фракции, полученной из удаленной по меньшей мере части культуры из реактора в карбонатной и/или бикарбонатной формах в растворенном состоянии, в их соответствующие осажденные карбонатные формы, посредством добавления щелочи, и
- рециркуляции по меньшей мере части жидкой фазы, уже по существу не содержащей карбонатов и/или бикарбонатов в растворенной форме, в реактор;
2
2
2
2
Таким образом, согласно другому предпочтительному варианту осуществления, подэтап химической конверсии CO включает перенос воды, полученной на подэтапе отделения биомассы от водной фазы, в резервуар для очистки, в который собирают водную фазу, включая воду, питательные вещества в растворе, CO, карбонат и бикарбонат, все из которых являются растворенными. Как только водная фаза поступает в резервуар для очистки, добавляют по меньшей мере одну основную среду для того, чтобы вызвать осаждение соединений, находящихся в равновесии (CO, бикарбонат и карбонат), в форме карбонатов. Таким образом, возможно удаление даже большего количества CO, поскольку он трансформируется в неконтаминирующие карбонатные соли, используемые в различных видах промышленности.
2
Как только вода становится свободной от CO, осажденного в форме карбоната и бикарбоната, выполняется стадия рециркуляции воды в реактор, содержащий питательную среду.
2
2
2
2
2
2
2
Таким образом, в этой точке процедуры было выполнено двойное удаление или конверсия CO: поглощение или биологическое связывание, выполненное микроводорослями в питательной среде, и химическая конверсия или трансформация и как следствие этого - осаждение. После выполнения этого вода в культуре содержит даже меньше CO, бикарбоната и карбоната и может принять больше CO, до превышения предела растворимости. Во время следующего цикла снова проводится эта процедура, приводя к осаждению большей части добавленного CO. Если это принудительное осаждение не выполняется, большая часть COостанется растворенной в водной фазе, возвращенной в культуру. Поэтому, при добавлении CO к культуре снова способность к растворению будет меньше, поскольку в растворе уже есть CO.
Стадия экстракции соединения общей формулы (I)
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, стадия экстракции соединения общей формулы (I),
2
относится к способу, в котором, как только эти соединения были продуцированы микроводорослями, они извлекаются из биомассы, полученной на фазе ассимиляциии и трансформации CO. Обычно полученная биомасса имеет влажность от 1 до 99%, предпочтительно от 65 до 80%.
Как только биомасса становится доступной, соединение общей формулы (I) экстрагируют. Эта экстракция может быть выполнена двумя путями:
- экстракцией полной липидной фракции; в этом случае, как следствие полярности, извлекается вся неполярная фракция;
- селективной экстракцией интересующего соединения.
Экстракцию липидной фракции или селективное экстрагирование интересующего соединения выполняют посредством одного повторяющегося или комбинацией следующих способов:
- экстракция с растворителями, выбранными из группы, состоящей из изопропанола, гексана, гептана, метанола, этанола, дихлорметана, ацетона, воды, хлороформа, бутилацетата, тетрагидрофурана, 2-метилтетрагидрофурана, бутанола, толуола, бензола или любой их комбинации;
2
- экстракция при сверхкритических состояниях с использованием в качестве растворителя CO: давление 100-300 бар, предпочтительно 180-220 бар, температура 25-350°C, предпочтительно 40-80°C.
Перед этой стадией экстракции может быть выполнен подэтап лизирования или разрушения микроводорослей. Этот предшествующий подэтап может быть выполнен с помощью по меньшей мере одной из следующих методик:
- Ультразвуковая обработка: чтобы выполнить ее, микроводоросли подвергают воздействию частотами между 100-1000 Гц, предпочтительно между 300-400 Гц, время этого воздействия составляет между 1 мин и 25 мин, предпочтительно между 2-10 мин.
- Гомогенизация или кавитация: микроводоросли подвергают давлению от 1 до 2500 бар, предпочтительно между 250-1200 бар. Этот способ может быть повторен различное количество раз для достижения разрушения клеток; обычное число циклов составляет между 1 и 5, предпочтительно 1.
- Обработка повышением или понижением pH. Разрушение микроводорослей получают как следствие повышения pH до значения выше 9 (основания сильные или слабые, органические или неорганические) или понижения до значения ниже 6 (кислоты сильные или слабые, органические или неорганические).
Стадия концентрирования и/или очистки соединения общей формулы (I)
2
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, стадия концентрирования и/или очистки соединения общей формулы (I) выполняется любым способом, подходящим для этой цели, хотя предпочтительно использовать по меньшей мере одну из методик, которая выбрана из группы, состоящей из молекулярной или фракционной перегонки, ферментативного деления, сверхкритической экстракции с CO, кристаллизации при низкой температуре, адсорбционной хроматографии и осаждения с мочевиной. Очистка достигается как следствие концентрирования целевого продукта.
Второй аспект этого изобретения относится к соединению общей формулы (I), полученному посредством способа, описанного выше. Это соединение имеет следующую структуру:
,
где:
3
10
1
10
1
7
A и X независимо одинаковы или различны и выбираются из C-C алкила, C-C алкенила, C-C циклоалкила или любой замещенной или незамещенной арильной группы;
n - целое число от 1 до 10;
1
4
1
3
3
7
R выбирается из H, гидроксильной группы, C-C алкила, C-C алкенила, C-C циклоалкила или любого другого замещенного или незамещенного арила;
W выбирается из группы, которая состоит из гидроксильной группы, молекулы глицерина, связанной с соединением общей формулы (I), с образованием диглицерида, или молекулы глицерина, связанной с двумя соединениями общей формулы (I), с образованием триглицерида;
и его соли, предпочтительно любая фармацевтически приемлемая соль, сольват или его пролекарство.
1
8
1
5
4
6
В предпочтительном варианте осуществления A и X могут быть независимо одинаковы или различны и выбираются из C-C алкила, C-C алкенила и C-C циклоалкила.
В предпочтительном варианте осуществления n представляет целое число, выбранное от 1 до 7.
В другом предпочтительном варианте осуществления W представляет собой OH или глицериновую группу, связанную с двумя соединениями общей формулы (I), с образованием триглицерида.
1
4
4
6
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления R выбирается из H, гидроксильной группы, C-C алкила и C-C циклоалкила.
Термин 'алкил' в этом изобретении относится к линейному или разветвленному радикалу с углеводородной цепью, которая имеет от 1 до 10 атомов углерода, предпочтительно 1-4, и который связывается с остальной частью молекулы одинарной связью, например, метил, этил, n-пропил, i-пропил, n-бутил, terc-бутил, sec-бутил, n-пентил, n-гексил и т.д. Алкильные группы могут необязательно быть замещены одним или более заместителями, такими как галоген, гидроксил, алкоксильная группа, карбоксил, карбонил, циано, ацил, алкоксикарбонил, амин, нитро, меркаптан и алкилтиол.
Термин 'алкенил' относится к радикалу с углеводородной цепью, которая содержит одну или более двойных связей углерод-углерод, например, винил, 1-пропенил, аллил, изопропенил, 2-бутенил, 1,3-бутадиенил и т.д. Алкенильные радикалы могут необязательно быть замещены одним или более заместителями, такими как гало, гидроксил, алкоксильная группа, карбоксил, циано, карбонил, ацил, алкоксикарбонил, амин, нитро, меркаптан и алкилтиол.
В другом предпочтительном варианте осуществления соединение общей формулы (I) относится к соединению, которое выбрано из следующей группы:
или его изомеру, фармацевтически приемлемой соли, пролекарству или сольвату.
Соединения, представленные формулой (I), могут включать изомеры, в зависимости от наличия кратных связей, включая оптические изомеры или энантиомеры, в зависимости от наличия хиральных центров. Отдельные изомеры, энантиомеры или диастереоизомеры и их смеси находятся в объеме притязаний этого изобретения, то есть термин "изомер" также относится к любой смеси изомеров, таких как диастереоизомеры, рацемические смеси и т.д., включая их оптически активные изомеры или их смеси в различных соотношениях. Отдельные энантиомеры или диастереоизомеры, также как их смеси, могут быть разделены с использованием обычных методик.
Кроме того, пролекарства соединения формулы (I) находятся в объеме притязаний этого изобретения. Термин "пролекарство", как используется здесь, включает любое соединение, полученное из соединения формулы (I), например: сложные эфиры (включая сложные эфиры карбоновой кислоты, сложные аминокислотные эфиры, сложные фосфатные эфиры, эфиры сульфокислотных солей металлов и т.д.), карбаматы, амиды и т.д., которые при введении индивидууму могут быть прямо или косвенно трансформированы в индивидууме в соединение формулы (I). Полезность этих производных состоит в том, что они являются соединением, которое увеличивает биодоступность соединения формулы (I) при введении индивидууму или которое усиливает высвобождение соединения формулы (I) в биологический компартмент. Природа этого производного не является критической, если оно может быть введено индивидууму и обеспечить соединение формулы (I) в биологическом компартменте индивидуума. Это пролекарство может быть изготовлено обычными способами, известными экспертам в данной области.
Соединения по изобретению могут быть в кристаллической форме, такой как свободные соединения или сольваты. В этом смысле термин "сольват", как используется здесь, включает как фармацевтически приемлемые сольваты, т.е. сольваты соединения формулы (I), которые могут быть использованы для изготовления лекарственного средства, так и фармацевтически неприемлемые сольваты, которые могут быть использованы для получения сольватов или фармацевтически приемлемых солей. Природа фармацевтически приемлемого сольвата не является критической, если он фармацевтически приемлем. В специфичном варианте осуществления изобретения сольват представляет собой гидрат. Сольваты могут быть получены обычными способами сольватации, известными экспертам в данной области.
Для применения в терапии соединения формулы (I), их соли, пролекарства или сольваты находятся, предпочтительно, в фармацевтически приемлемом или по существу очищенном виде, то есть они имеют фармацевтически приемлемый уровень чистоты, без нормальных фармацевтических добавок, таких как разбавители и носители, и не включают веществ, рассматриваемых как токсические при нормальных уровнях дозировки. Уровни чистоты для активного ингредиента являются предпочтительно выше 50%, более предпочтительно выше 70% и даже более предпочтительно выше 90%. В предпочтительном варианте осуществления изобретения чистота для соединения формулы (I) или его солей, сольватов или пролекарств составляет выше 95%.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения соединение общей формулы (I) используется как лекарственное средство.
В другом предпочтительном варианте осуществления соединение общей формулы (I) используется как пищевая добавка.
В другом аспекте это изобретение также относится к фармацевтическим композициям, которые включают по меньшей мере одно соединение по изобретению, таутомер, фармацевтически приемлемую соль, производное или его пролекарство совместно с фармацевтически приемлемым носителем, эксципиентом или средством доставки для введения пациенту.
В предпочтительном варианте осуществления фармацевтическая композиция также включает другой активный ингредиент.
Вспомогательные вещества и фармацевтически приемлемые средства доставки, которые могут быть использованы в этих композициях, являются вспомогательными веществами и средствами доставки, известными техническим специалистам в данной области, и обычно используемыми в разработке терапевтических композиций.
В значении, использованном в этом описании, выражение 'терапевтически приемлемое количество' относится к количеству агента или соединения, способного создавать лечебно-оздоровительное действие, определяемое его фармакологическими свойствами, рассчитанными, чтобы оказать желательное влияние, и определяется в целом, среди других факторов, характеристиками соединений, включая возраст и состояние пациента, тяжесть состояния или нарушения и форму и частоту введения.
Соединения, описанные в этом изобретении, их соли, пролекарства и/или сольваты, также как и фармацевтические соединения, которые содержат их, могут быть использованы вместе с другими дополнительными лекарственными средствами или активными ингредиентами для того, чтобы обеспечить комбинированную терапию. Эти дополнительные лекарственные средства могут быть частью той же самой фармацевтической композиции или, альтернативно, могут быть обеспечены в форме отдельной композиции для одновременного или раздельного введения от фармацевтической композиции, которая включает соединение формулы (I), или его соль, пролекарство или сольват.
В предпочтительном варианте осуществления этого изобретения фармацевтические композиции предназначены для перорального введения в твердой или жидкой форме. Возможные формы для введения представляют собой таблетки, капсулы, сиропы или растворы и могут содержать обычные эксципиенты, известные в фармацевтической области, такие как аггреганты (например, сироп, камедь акации, желатин, сорбит, трагакант или поливинилпирролидон), наполнители (например, лактоза, сахар, кукурузный крахмал, фосфат кальция, сорбит или глицин), дезинтегранты (например, крахмал, поливинилпирролидон или микрокристаллическая целлюлоза) или фармацевтически приемлемое поверхностно-активное вещество, такое как лаурилсульфат натрия.
Композиции для перорального приема могут быть приготовлены обычными галеновыми фармацевтическими способами, такими как смешивание и диспергирование. Таблетки могут быть дополнительно покрыты известными в фармацевтической промышленности способами.
Фармацевтические композиции могут быть приспособлены к парентеральному введению, используя требуемую дозу препарата, такого как стерильные растворы, суспензии и лиофилизированные продукты по изобретению. Могут быть использованы соответствующие эксципиенты, такие как буферирующие pH агенты или поверхностно-активные вещества.
Вышеуказанные препараты могут быть приготовлены с использованием обычных способов, таких как способы, описанные в фармакопеях различных стран и других текстовых ссылках.
Соединения или композиции этого изобретения могут быть введены посредством любого адекватного способа, такого как внутривенная инфузия или пероральное, интраперитонеальное или внутривенное введение. Пероральный прием является предпочтительной формой из-за ее удобства для пациентов и из-за хронической природы заболеваний, требующих лечения.
Количество соединения, вводимого в этом изобретении, будет зависеть от относительной эффективности выбранного соединения, тяжести заболевания, которое будет лечиться, и массы пациента. Однако соединения в этом изобретении будут вводиться один или более раз в день, например 1, 2, 3 или 4 раза в день, в суммарной дозе между 0,1 и 1000 мг/кг/день. Важно принять во внимание, что может быть необходимым ввести изменения в дозу в зависимости от возраста и состояния пациента, также как и от формы и частоты введения.
Соединения и композиции этого изобретения могут использоваться вместе с другими лекарственными средствами в комбинированной терапии. Другие лекарственные средства могут быть частью той же самой композиции или быть в другой композиции для их введения в то же самое или различное время.
Другой основной аспект этого изобретения относится к применению по меньшей мере одного соединения формулы (I) для изготовления лекарственного средства для лечения и/или профилактики заболеваний сердечно-сосудистой, пищеварительной, нервной или иммунной систем.
Другой аспект этого изобретения относится к применению по меньшей мере одного соединения формулы (I) для производства лекарственного средства для предотвращения и/или лечения сахарного диабета, болезни Крона, неспецифического язвенного колита, перемежающейся хромоты, сердечно-сосудистых заболеваний, муковисцедоза, биполярного нарушения, деменций и шизофрении.
Всюду в описании и формуле изобретения слово "включает" и его варианты не предназначены для исключения других технических характеристик, добавок, компонентов или стадий. Для экспертов в области материалов заявки другие объекты, преимущества и характеристики изобретения даны в описательной и в экспериментальной части изобретения. Следующие примеры предоставлены для иллюстрации и не предполагаются для ограничения этого изобретения.
ПРИМЕРЫ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже представлен ряд примеров, которые во всех случаях описаны для иллюстрации синтеза некоторых специфичных компонентов этого изобретения и для пояснения общих процедур. В соответствии с вышеуказанным, следующий раздел примеров никоим образом не предназначен для ограничения объема притязаний по изобретению, обсужденного в этом описании.
3
В описании изобретения символы и условия, использованные в процедурах, диаграммах и примерах, совместимы с таковыми, используемыми в международной системе и современной научной литературе, например, в Journal of Medicinal Chemistry. Где иначе не указано, все сырье было получено от коммерческих поставщиков и было использовано без дополнительной очистки. В частности, следующие сокращения могут использоваться в примерах и всюду по описанию: г (граммы); мг (миллиграммы); кг (килограммы); мкг (микрограммы); л (литры); мл (миллилитры); мкл (микролитры); ммоль (ммоли); моль (моли); °C (градусы Цельсия); Гц (герц); МГц (мегагерц); δ (химический сдвиг); s (синглет); d (дублет); t (триплет); q (квадруплет); m (мультиплет); RMN (ядерный магнитный резонанс); М (молярность); EtN (триэтиламин); DMF (диметилформамид); DMSO (диметилсульфоксид); ACN (ацетонитрил); PBS (фосфатный солевой буфер).
ПРИМЕР 1: Получение EPA
Исходной точкой является прием парниковых газов, полученных при горении на цементном заводе, и эти выбросы были следующими
Температура
150
ºC
Давление
1
бар
Плотность
0,77
кг/м<sup>3</sup>
Массовая скорость
43914
кг/час
Удельная теплота
0,25
ккал/кг
Объемная скорость
57377
м<sup>3</sup>/час
СО<sub>2</sub>
6
об.%
N<sub>2</sub>
67,6
об.%
O<sub>2</sub>
2,1
об.%
H<sub>2</sub>O
20,7
об.%
CH<sub>4</sub>
9000
ч./млн
NO<sub>x</sub>
50
ч./млн
SO<sub>x</sub>
50
ч./млн
CO
2,69
ч./млн
x
2
x
2
2
В соответствии с составом этого газа предварительная подготовка рассматривается как необходимая, состоящая в значительном удалении содержания SO и понижении температуры. Для этого была использована противоточная поглотительная колонна с NaOH. Важно подчеркнуть, что в способе по изобретению, так же как и в снижении общего баланса CO, снижение конечной концентрации NO(95% NO и NO - остальное) получено вследствие растворения в воде NO и NO (особенно последнее). В результате этой обработки в реактор для фотосинтеза был добавлен следующий газ:
Температура
40
ºC
Давление
1,98
бар
Плотность
2,22
кг/м<sup>3</sup>
Массовая скорость
38716
кг/час
Удельная теплота
0,24
ккал/кг
Объемная скорость
17473
м<sup>3</sup>/час
СО<sub>2</sub>
7,37
об.%
N<sub>2</sub>
85,95
об.%
O<sub>2</sub>
2,95
об.%
H<sub>2</sub>O
3,69
об.%
CH<sub>4</sub>
10502
ч./млн
NO<sub>x</sub>
58
ч./млн
SO<sub>x</sub>
1
ч./млн
CO
0
ч./млн
3
Смесь газов, приведенная выше в таблице, являющаяся результатом предварительной подготовки, была добавлена в реакторы для фотосинтеза (с непрерывным перемешиванием, для улучшения распространения света, и поэтому выполненные для этого из прозрачного материала), которые содержали моноспецифичную культуру микроводорослей (конкретно - культура Dunaliella salina). В результате получено 335 кг/час биомассы для установки в 4100 м.
3
Для получения этой биомассы первоначально было извлечено 25% культуры из реакторов. Эта культура, после проведения первой стадии центрифугирования (стадия разделения), проходила стадию подкисления в резервуаре емкостью 1500 м. Основанием для этой стадии подкисления является следующее:
2
2
у извлеченной культуры, в результате непрерывного барботирования отработанными газами, имелся очень высокий уровень CO, содержания бикарбоната и карбонатов. При остановке барботирования CO pH раствора имеет тенденцию к повышению, смещая баланс к образованию карбонатов. Если образуется много карбоната, то он превышает точку растворимости, и начинается выпадение осадка. Это осаждение может привести к проблемам, связанным с выпадением осадка, что, в свою очередь, может привести к контаминации и вызвать осложнения в перемещении воды. Поэтому, при условии, что механическое разделение (стадия разделения) не способно к переработке всего извлеченного объема сразу, то во время периода хранения должна быть добавлена кислота. Конкретно, с целью сохранения значения pH до 7 на все время был добавлен раствор HCl (1 M).
Затем эта извлеченная культура проходила стадию механической сепарации, которая была выполнена с использованием центрифуги, с получением, таким образом, продукта, содержащего 18% сухого вещества.
3
2
2
2
2
2
Была получена концентрированная фракция (18% сухого вещества), также как и водная фракция (отогнанная), общий объем которой составлял 9680 м в день. Эта вода, поскольку это была вода из культуры, была нагружена CO, бикарбонатом и карбонатом. Чтобы удалить эту нагрузку из воды, она была подщелочена NaOH до pH 9,5 с целью смещения баланса для образования карбоната так, чтобы превысить предел растворимости карбоната, получая при этом осадок. Таким образом, для получения воды с низким содержанием CO, бикарбоната и карбоната CO был химически связан. Эта вода с низким содержанием этих элементов была возвращена в систему (фотобиореакторы) с восстановленной способностью к поглощению CO. Если бы эта вода была добавлена без предшествующей стадии химического поглощения, то способность воды к ассимиляции CO была бы минимальна, поскольку она будет близка к насыщению.
Для облегчения последующей экстракции липидной фракции, которая содержит интересующий продукт (EPA), полученное твердое вещество подверглось стадии разрушения, основанной на воздействии ультразвука с частотой 350 Гц в течение 8 минут. После выполненного разрушения липидная фракция была извлечена при использовании комбинации гексана/этанола (2/1) для экстракции растворителем неполярной фазы (липидной фракции). Как только липидная фракция была извлечена, интересующий продукт (EPA) был подвергнут очистке.
Для получения ЕРА максимальной чистоты (94%-ое обогащение) была выполнена фаза молекулярной перегонки. Чтобы сделать это, извлеченные липиды были в первую очередь омылены и метилированы для того, чтобы таким образом получить соответствующие сложные метиловые эфиры (сложные метиловые эфиры более стабильны, чем триглицериды; если триглицериды подвергнуть фазе молекулярной перегонки, имеет место разложение). Поэтому, благодаря этой перегонке был получен сложный эфир эйкозапентаеновой кислоты (эйкозапентаноат) с чистотой 94%. Таким образом, после стадии омыления была достигнута продукция ЕРА в размере 100 кг в день.
ПРИМЕР 2: Получение DHA
Исходной точкой является прием парниковых газов, полученных при горении на цементном заводе, и эти выбросы были следующими
Температура
170
ºC
Давление
1
бар
Плотность
0,81
кг/м<sup>3</sup>
Массовая скорость
22000
кг/час
Удельная теплота
0,25
ккал/кг
Объемная скорость
27160,49
м<sup>3</sup>/час
СО<sub>2</sub>
7
об.%
N<sub>2</sub>
66,8
об.%
O<sub>2</sub>
1,9
об.%
H<sub>2</sub>O
17,3
об.%
CH<sub>4</sub>
9000
ч./млн
NO<sub>x</sub>
50
ч./млн
SO<sub>x</sub>
50
ч./млн
CO
2,69
ч./млн
x
В соответствии с составом этого газа, содержание SO было существенно уменьшено, и температура была снижена. Для выполнения этого была использована противоточная поглотительная колонна с NaOH.
В результате этой обработки в реактор для фотосинтеза была добавлена смесь газов следующего состава:
Температура
40
ºC
Давление
1,98
бар
Плотность
2,22
кг/м<sup>3</sup>
Массовая скорость
19360
кг/час
Удельная теплота
0,24
ккал/кг
Объемная скорость
8720,72
м<sup>3</sup>/час
СО<sub>2</sub>
7,37
об.%
N<sub>2</sub>
85,95
об.%
O<sub>2</sub>
2,95
об.%
H<sub>2</sub>O
3,69
об.%
CH<sub>4</sub>
9600
ч./млн
NO<sub>x</sub>
41
ч./млн
SO<sub>x</sub>
1
ч./млн
CO
0
ч./млн
3
Смесь газов, приведенная выше в таблице, являющаяся результатом предварительной подготовки, была добавлена в реакторы для фотосинтеза (с непрерывным перемешиванием, для улучшения распространения света, и поэтому выполненные для этого из прозрачного материала), которые содержали моноспецифичную культуру микроводорослей (конкретно - культура Nannochloropsis Gaditana). В результате этой процедуры получено 170 кг/час биомассы для установки в 2040 м.
3
Для получения этой биомассы первоначально было извлечено 40% культуры из реакторов. Эта культура, после проведения первой стадии механического разделения, проходила стадию подкисления в резервуаре емкостью 1500 м. Основанием для этой стадии подкисления является следующее:
2
2
у извлеченной культуры, в результате непрерывного барботирования отработанными газами, имелся очень высокий уровень CO, содержания бикарбоната и карбонатов. При остановке барботирования CO pH раствора имеет тенденцию к повышению, смещая баланс к образованию карбонатов. Если образуется много карбоната, то он превышает точку растворимости и начинается выпадение осадка. Это осаждение может привести к проблемам, связанным с выпадением осадка, что, в свою очередь, может привести к контаминации и вызвать осложнения в перемещении воды. Поэтому, при условии, что механическое разделение (стадия разделения) не способно к переработке всего извлеченного объема сразу, то во время периода хранения должна быть добавлена кислота. Конкретно, с целью сохранения значения pH до 7 на все время был добавлен раствор HCl (1 M).
Затем эта культура передавалась на стадию механической сепарации, которая была выполнена с использованием пресс-фильтра, с получением продукта, содержащего 23% сухого вещества.
3
2
2
2
2
2
Кроме того, из этого продукта была получена водная фракция (супернатант из резервуара декантации) общим объемом 7026 м в день. Эта вода, поскольку она была водой из культуры, была нагружена CO, бикарбонатом и карбонатом. Для освобождения воды от этой нагрузки было проведено подщелачивание с помощью KOH до pH 9 с целью смещения баланса для образования карбоната так, чтобы превысить предел растворимости карбоната, получая при этом осадок. Таким образом, для получения воды с низким содержанием CO, бикарбоната и карбоната CO был химически связан. Эта вода с низким содержанием этих элементов была возвращена в систему (фотобиореакторы) с восстановленной способностью к поглощению CO. Если бы эта вода была добавлена без предшествующей стадии химического поглощения, то способность воды к ассимиляции CO была бы минимальна, поскольку она будет близка к насыщению.
Экстракция липидной фракции, которая содержит интересующий продукт (DHA), была выполнена с использованием растворителя, в частности, комбинации гептана/изопропанола (2/1). Эта экстракция была выполнена в реакторе с перемешиванием обратным потоком (смесь была подвергнута температуре 80°С во время перемешивания; весь растворитель, который испарялся при этой температуре, был сконденсирован и возвращен в реактор).
2
Для получения максимальной чистоты (91%-е обогащение) DHA, полученного из липидной фракции, была выполнена стадия экстракции с использованием CO при сверхкритических состояниях: в частности, при давлении 200 бар и температуре 35°C. Таким образом был получен 51 кг в день DHA.
ПРИМЕР 3: Получение омега-7 (пальмитолеиновой кислоты)
Исходной точкой является прием парниковых газов, полученных при горении на цементном заводе, и эти выбросы были следующими
Температура
420
°C
Давление
1
бар
Плотность
0,79
кг/м<sup>3</sup>
Массовая скорость
2000
кг/час
Удельная теплота
0,25
ккал/кг
Объемная скорость
2531,65
м<sup>3</sup>/час
СО<sub>2</sub>
12
об.%
N<sub>2</sub>
61
об.%
O<sub>2</sub>
1,9
об.%
H<sub>2</sub>O
20,7
об.%
CH<sub>4</sub>
2500
ч./млн
NO<sub>x</sub>
90
ч./млн
SO<sub>x</sub>
50
ч./млн
CO
1,65
ч./млн
x
В соответствии с составом этого газа, содержание SO было существенно уменьшено и температура была снижена. Для выполнения этого была использована противоточная поглотительная колонна с NaOH.
В результате этой обработки в реактор для фотосинтеза была добавлена смесь газов следующего состава:
Температура
40
°C
Давление
1,98
бар
Плотность
2,22
кг/ м<sup>3</sup>
Массовая скорость
1760
кг/час
Удельная теплота
0,24
ккал/кг
Объемная скорость
792,79
м<sup>3</sup>/час
СО<sub>2</sub>
13,5
об.%
N<sub>2</sub>
63
об.%
O<sub>2</sub>
2,1
об.%
H<sub>2</sub>O
3,2
об.%
CH<sub>4</sub>
2300
ч./млн
NO<sub>x</sub>
92
ч./млн
SO<sub>x</sub>
2
ч./млн
CO
0
ч./млн
3
Газы, приведенные выше в таблице, являющиеся результатом обработки, были добавлены в реакторы для фотосинтеза (с непрерывным перемешиванием, для улучшения распространения света, и поэтому выполненные из прозрачного материала), которые содержали плюриспецифичную культуру микроводорослей (конкретно - культуры Tetraselmis suecica и Isochrysis galbana). В результате этой процедуры получено 27,83 кг/час биомассы для установки в 334 м.
3
Для получения этой биомассы первоначально было извлечено 50% культуры из реакторов. Эта культура, после проведения первой стадии механического разделения, проходила стадию подкисления в резервуаре емкостью 1500 м. Основанием для этой стадии подкисления является следующее:
2
2
у извлеченной культуры, в результате непрерывного барботирования отработанными газами, имелся очень высокий уровень CO, содержания бикарбоната и карбонатов. При остановке барботирования CO pH раствора имеет тенденцию к повышению, смещая баланс к образованию карбонатов. Если образуется много карбоната, то он превышает точку растворимости и начинается выпадение осадка. Это осаждение может привести к проблемам, связанным с выпадением осадка, что, в свою очередь, может привести к контаминации и вызвать осложнения в перемещении воды. Поэтому, при условии, что механическое разделение (стадия разделения) не способно к переработке всего извлеченного объема сразу, то во время периода хранения должна быть добавлена кислота. Конкретно, с целью сохранения значения pH на все время до 7 был добавлен раствор HCl (1 M).
Затем эта культура была передана на стадию механического разделения, которая была выполнена с использованием комбинации коагуляции-флоккуляции-фильтрации. Коагуляция была выполнена сернокислым алюминием, нейтрализуя, таким образом, нагрузку микроводорослями, и флоккуляция была выполнена полимерным полиэлектролитом (ZETAG). Затем культура подверглась процессу пресс-фильтрации с целью увеличения содержания сухого вещества. Осадок, полученный после этой стадии концентрирования, представлял собой сырую биомассу с концентрацией сухого вещества 31%.
3
2
2
2
2
2
Кроме того, из этого продукта была получена водная фракция (супернатант из резервуара для декантации) общим объемом 5120 м в день. Эта вода, поскольку она была водой из культуры, была нагружена CO, бикарбонатом и карбонатом. Для освобождения воды от этой нагрузки было проведено подщелачивание с помощью KOH до pH 9 с целью смещения баланса для образования карбоната так, чтобы превысить предел растворимости карбоната, получая при этом осадок. Таким образом, для получения воды с низким содержанием CO, бикарбоната и карбоната CO был химически связан. Эта вода с низким содержанием этих элементов была возвращена в систему (фотобиореакторы) с восстановленной способностью к поглощению CO. Если бы эта вода была добавлена без предшествующей стадии химического поглощения, то способность воды к ассимиляции CO была бы минимальна, поскольку она будет близка к насыщению.
2
Экстракция липидной фракции, которая содержит интересующий продукт (пальмитолеиновая кислота: омега-7), была выполнена с использованием изопропанола в качестве экстракционного растворителя. Эта экстракция была выполнена в реакторе с перемешиванием обратным потоком (при рабочей температуре во время перемешивания 85°С; весь растворитель, который испарялся при этой температуре, был сконденсирован и возвращен в реактор). Для получения омега-7 максимальной чистоты (87%-е обогащение) была выполнена стадия экстракции с использованием CO при сверхкритических состояниях: в частности, при давлении 180 бар и температуре 70°C. Таким образом было получено 8,35 кг в день омега-7.
2
x
4
2
В заключение надо отметить, что использование способа по изобретению возможно не только для получения фармацевтических или пищевых жирных кислот, но также и для того, чтобы эффективно поглощать, конвертировать и повторно использовать CO из числа других парниковых газов (NO, CH и т.д.), обеспечивая, таким образом, общее снижение CO, выбрасываемого в окружающую среду, делая этот способ полезным и безопасным для окружающей среды.