JP7330907B2 - 組み換え宿主細胞により産生された脂肪族アルコール組成物の下流処理 - Google Patents
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Description
本出願は、2013年3月7日に出願された米国特許仮出願第61/774,375号の恩典を主張し、その内容は全体として本明細書に組み入れられる。
本開示は、脂肪族アルコールの下流処理に関する。本明細書において、本開示は、高純度かつ高収率で脂肪族アルコールを提供する新規の精製法を包含する。
脂肪族アルコールは、多くの商業用途を有する。より短鎖の脂肪族アルコールは、乳化剤、皮膚軟化剤、および増粘剤として、化粧品および食品産業において使用される。脂肪族アルコールは、その両親媒性の性質のため、例えば、洗剤および洗浄組成物などのパーソナルケア製品および家庭用製品において有用である、非イオン性界面活性剤として挙動する。加えて、脂肪族アルコールは、ワックス、ゴム、樹脂、薬学的軟膏およびローション、湿潤油添加剤、織物用帯電防止剤および仕上げ剤、可塑剤、化粧品、産業用溶媒、および脂肪用溶媒において使用される。脂肪族アルコール(FALC)は、考慮すべき財務コストおよび環境コストにもかかわらず、パーム油、パーム核油、植物油、ダイズまたは獣脂から取得することができる。FALCが従来の供給源(例えば、植物油、パーム油など)に由来する場合、最初の混合物は、遊離脂肪酸、脂肪酸メチルエステル(FAME)、脂肪酸と脂肪族アルコールの重いエステル(heavy fatty-fatty ester)(すなわちC20~C30を含む長鎖分子)、および他の不純物を含む、多数の不純物を含有する。
本開示の1つの局面は、以下の工程を含む、脂肪族アルコール(FALC)を精製する方法を提供する:(a)FALCおよび鹸化可能な不純物を含む出発材料を用意する工程;b)第1の混合物を生成するために、出発材料に強塩基を添加する工程;ならびに(c)FALCが濃縮された第2の混合物を生成するために、第1の混合物を蒸発させる工程。1つの態様において、鹸化可能な不純物は、遊離脂肪酸(FFA)、脂肪酸と脂肪族アルコールのエステル(FFE)、およびカルボニル含有化合物を含む。別の態様において、強塩基は、0.3~0.6重量パーセントの過剰量の水酸化ナトリウム(NaOH)を含む。別の態様において、強塩基は、FFAの中和およびFFEの鹸化によりFFAおよびFFEを低減させ、FFEの鹸化により、中和のためのさらなるFFAおよびさらなるFALCが生成される。強塩基はさらに、カルボニル含有化合物を低減させる。また別の態様において、中和および鹸化は、約100℃~約130℃の温度で、周囲圧力~部分真空(約80トール)で行われる。さらに別の態様において、中和および鹸化は、約2~4時間行われる。また別の態様において、第2の混合物中のFFAの量は約0.03 mg KOH/g試料未満であり、第2の混合物中のFFEの量は約0.4 mg KOH/g試料未満である。別の態様において、第2の混合物中のナトリウム石鹸の量は約20 ppm未満である。第2の混合物中で得られるFALCの純度は、通常、約98%である。
[本発明1001]
以下の工程を含む、脂肪族アルコール(FALC)を精製する方法:
(a)FALCおよび鹸化可能な不純物を含む出発材料を用意する工程;
(b)第1の混合物を生成するために、該出発材料に強塩基を添加する工程;ならびに
(c)FALCが濃縮された第2の混合物を生成するために、該第1の混合物を蒸発させる工程。
[本発明1002]
前記鹸化可能な不純物が、遊離脂肪酸(FFA)、脂肪酸と脂肪族アルコールのエステル(fatty-fatty ester)(FFE)、およびカルボニル含有化合物を含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記強塩基が、0.3~0.6重量パーセントの過剰量の水酸化ナトリウム(NaOH)を含む、本発明1002の方法。
[本発明1004]
前記強塩基が、FFAの中和およびFFEの鹸化によりFFAおよびFFEを低減させ、FFEの鹸化により、中和のためのさらなるFFAおよびさらなるFALCが生成され、かつ、該強塩基がさらに、カルボニル含有化合物を低減させる、本発明1003の方法。
[本発明1005]
前記中和および鹸化が、約100℃~約130℃の温度で、周囲圧力~約80トールの部分真空で行われる、本発明1004の方法。
[本発明1006]
前記中和および鹸化が、約2~4時間行われる、本発明1005の方法。
[本発明1007]
前記第2の混合物中のFFAの量が約0.03 mg KOH/g試料未満であり、かつ、該第2の混合物中のFFEの量が約0.4 mg KOH/g試料未満である、本発明1001の方法。
[本発明1008]
前記第2の混合物中のナトリウム石鹸の量が約20 ppm未満である、本発明1001の方法。
[本発明1009]
前記第2の混合物中のFALCの純度が約98%である、本発明1001の方法。
[本発明1010]
漂白されたFALCを生成するために前記第2の混合物を漂白剤で漂白する工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1011]
前記漂白剤が、次亜塩素酸塩、過酸化物、漂白土、および吸収剤からなる群より選択される、本発明1010の方法。
[本発明1012]
前記漂白剤が、金属化合物;色素;酸化された脂肪族化合物もしくは遊離基を有する脂肪族化合物を含む痕跡レベルのさらなる不純物、またはこれらの組み合わせを除去するのに有効である、本発明1011の方法。
[本発明1013]
水素化されたFALCを生成するために前記第2の混合物を水素および触媒で水素化する工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1014]
前記水素化する工程が、ワンポットスラリー反応、スラリー反応およびその後の充填床反応、ならびに連続した2種の充填床反応からなる群より選択される、本発明1013の方法。
[本発明1015]
前記水素化されたFALCを沸点に従って分画する工程をさらに含み、鎖長が炭素数2以上異なるFALCが分離される、本発明1013の方法。
[本発明1016]
前記水素化されたFALCが、少なくとも約50パーセントのC12~C18脂肪族アルコールを含む、本発明1013の方法。
[本発明1017]
前記出発材料が、少なくとも0.1~0.5重量パーセントの前記FFAを含む、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1018]
前記出発材料が、少なくとも0.1~0.5重量パーセントの前記FFEを含む、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1019]
前記出発材料が、少なくとも0.1~0.5重量パーセントの前記カルボニル含有化合物を含む、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1020]
前記出発材料が、1重量パーセント未満のジアルコール化合物をさらに含む、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1021]
前記出発材料が、硫黄、または少なくとも1種の硫黄含有化合物をさらに含む、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1022]
前記出発材料が、水をさらに含む、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1023]
前記出発材料が、発酵ブロスの産物である、本発明1002~1016のいずれかの方法。
[本発明1024]
前記発酵ブロスが、大腸菌(E. coli)発酵ブロスである、本発明1023の方法。
[本発明1025]
前記出発材料が、約20 mg KOH/g以下の鹸化(SAP)価を含む、本発明1005の方法。
[本発明1026]
前記蒸発させる工程が、約150℃未満の温度で、約1トールで実施される、本発明1001の方法。
[本発明1027]
前記蒸発させる工程が、約187℃未満の温度で、約5トールで実施される、本発明1001の方法。
[本発明1028]
前記蒸発させる工程が、C18アルコールの蒸気圧に対応する温度で実施される、本発明1001の方法。
新たな精製法の開発は、公知のアルカリ精製法を上回って有意により高い脂肪族アルコールの収率を提供し、かつ、より高い純度を含む特定の製品用の規格に合うように必要とされる特徴を有する脂肪族アルコールを生じるために使用される。新たな方法は、出発材料の中和および鹸化を含む。そのように、新たな方法は、脂肪族アルコール(FALC)および鹸化可能な不純物を含む出発材料に強塩基を添加する工程を含む。そのような不純物は、例えば、遊離脂肪酸(FFA)、脂肪酸と脂肪族アルコールのエステル(FFE)、およびカルボニル含有化合物を含む。出発材料は、通常、発酵ブロス中で増殖した微生物に由来する。強塩基を出発材料に添加すると、強塩基は、混合物中のFFAの中和およびFFEの鹸化により、FFAおよびFFEを低減させる。加えて、強塩基は、混合物中のあるカルボニル含有化合物を酸化してFFAにし、他のカルボニル含有化合物を還元してアルデヒドおよびケトンにし、それらはさらにFFAへと分かれる。FFEの鹸化により、さらなるFFAおよびFALCの生成がもたらされ、当該FFAはさらに中和されて石鹸となる。ある時点で、すべてのFFAが石鹸に変換されており、FALCが濃縮されている。従って、過剰の強塩基を用いたFFEの鹸化およびFFAの中和により、ほぼすべてのFFAおよびほぼすべてのFFEが石鹸に変換され、FALCが高度に濃縮された溶液がもたらされる。続いて脂肪族アルコールの蒸発を用いることにより、FFA、FFE、および塩をほぼ含まない高純度のFALCが生じる。驚くべきことに、出願人らは、この単純な2工程法により、純度が約98%のFALCがもたらされることを見出した。従って、本開示は、FALCおよび鹸化可能な不純物を含む出発材料からFALCを精製する、新規かつより良好な方法を提供する。最終的な混合物は、FALCが濃縮されており、最終的な混合物中の石鹸(すなわち、FFAの塩)の量は20 ppm未満である。当該新規の方法は、FFAおよびFFEをほぼ含まないFALC産物を生じさせ、FFAは、約0.1%(例えば、約0.05%、約0.03%、または約0.01%)であり、FFEは、約0.5の鹸化(SAP)価(例えば、約0.4、約0.3、または約0.2)を有する。
本実施例は、中和および鹸化ならびにその後の脂肪族アルコールの蒸発を用いた、粗製FALCの精製を実証する。
本実施例は、BF-FALC(漂白および濾過されたSE-FALC)およびニッケル触媒を含む出発材料の3種の水素化ランの結果を実証する。供給物は、水素化前の出発材料を表す。3種の異なる温度を、100 psigの圧力で、0.27グラムのニッケルベースの触媒であるPricat 9910を用いて行った。結果を、表3に示す。
本実施例は、本開示の1つの態様における粗製FALCの精製を実証する。パイロット(1 m3)発酵またはFermic(20 m3)発酵に由来する、1~2% FFAを有するいくつかの粗製FALC試料を準備した。最初のFALCの蒸発工程は、粗製FALCのFFAおよびFFE含量を実質的に低減させ、「EC-FALC」を提供するために使用された。FFAおよびFFEの最大の低減を伴うほぼ100%のFALCを回収するために、蒸発の蒸気温度は、エントレインメントセパレータの頂部で測定した際に、5トールで187℃、または1トールで155℃であった。EC-FALCの特徴を、表4に提供する。EC-FALCを生成するためのさらなる蒸発工程は任意であり、出発材料が高レベルのFFAおよびFFEを含有する場合、そのような高レベルのFFAおよびFFEが、鹸化/蒸発(SAP/EVAP)手順中に処理の困難を引き起こし得るために、必要とされるだけである。
本実施例は、本開示のまた別の態様におけるFALCの精製を実証する。本実施例においては、粗製FALCの一形態(すなわちEC-FALC;実施例3を参照されたい)を生成するためのさらなる蒸発工程を実施せずにFALCの精製を行った。加えて、本実施例は、第1の混合物を生成するために強塩基で中和および鹸化する工程、およびその後の、第2の混合物を生成するための蒸発工程を介して本方法によりFALCが濃縮される場合に達成され得る高純度を示す。
Claims (6)
- 以下の工程を含む、脂肪族アルコール組成物から遊離脂肪酸(FFA)を回収するための方法:
(a)脂肪族アルコール(FALC)および鹸化可能な不純物を含む出発材料を用意する工程であって、
該出発材料が発酵ブロス中で増殖した微生物由来であり、かつ、40重量%~90重量%のFALCを含み、
該鹸化可能な不純物が、FFA、脂肪酸と脂肪族アルコールのエステル(fatty-fatty ester)(FFE)、およびカルボニル含有化合物を含む、
工程;
(b)第1の混合物を生成するために、該出発材料に強塩基を添加する工程;
(c)FALCが濃縮された第2の混合物、および、石鹸と強塩基とを含む蒸留塔底物を生成するために、該第1の混合物を蒸発させる工程;
(d)FFA、酸および水を含む酸性化された塔底物を生成するために、該蒸留塔底物を酸で酸性化する工程であって、該酸性化された塔底物が少なくとも100℃の温度に少なくとも1時間維持される工程;ならびに、
(e)FFAを回収するために酸性化された塔底物を収集する工程。 - 前記酸が、鉱酸または有機酸である、請求項1に記載の方法。
- 前記酸が、スルホン酸、カルボン酸、塩化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、硫酸、フルオロ硫酸、硝酸、リン酸、ヘキサフルオロリン酸、クロム酸、ホウ酸、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、酢酸、クエン酸、乳酸、グルコン酸、およびギ酸からなる群より選択される請求項2に記載の方法。
- 前記酸が、1重量%~25重量%の酸を含む水性混合物である、請求項3に記載の方法。
- 前記酸が、硫酸の水性混合物である、請求項4に記載の方法。
- 前記硫酸の水性混合物が、10重量%~20重量%の硫酸であり、該硫酸が20%化学量論的過剰量まで添加され、前記酸性化された塔底物が100℃~130℃の温度で少なくとも1時間維持される、請求項5に記載の方法。
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