提取用于生产生物燃料的脂质的方法技术

用于从发酵培养液提取适于生产生物燃料的脂质的方法和系统可以包括加热以预处理发酵培养液从而易于从培养液中的含油微生物提取产物。此外或可替换地，可以用包含淀粉酶、1‑4甘露糖苷酶、和1‑3甘露糖苷酶的酶组合来分解含油微生物的细胞壁。可回收残余的培养液水分并用作洗涤加工原料的吸入水(imbibition water)以提取糖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求申请日为2013年12月20日的序列号为61/918,850的美国临时专利申请的权益。合作研究协议的各方名称出于确定现有技术的目的，BP Biofuels UK Limited和Biosciences Corporation之间于2008年12月18日在生物燃料领域中执行了一项合作研究协议。同样出于确定现有技术的目的，BP Biofuels UK Limited和Martek Biosciences Corporation之间于2009年8月7日在生物燃料领域中执行了一项合作研究协议。同样出于确定现有技术的目的，BP Biofuels UK Limited和DSM Biobased Products and Services B.V.之间于2012年9月1日在生物燃料领域中执行了一项合作研究协议。
本专利技术涉及针对提取用于生物燃料生产的材料的方法和系统。本专利技术的方面涉及从含油微生物提取材料。专利技术背景已开发了一些用于将原料转化为生物燃料的技术。然而，即使有这些技术上的进步，仍然需要并渴求改进将可再生碳源转变为燃料的经济可行性。植物油来源的生物燃料可能具有益处，例如其是可再生的、生物可降解的、无毒的，并且在一些情况下既不含硫也不含芳香族化合物。但植物油来源的生物燃料一个潜在的缺点是高成本，其大多数是缘于植物油原料的成本。因此，生物燃料生产的经济方面至少在某种程度上受到了植物油原材料的成本，以及植物油原材料受限的供应的限制。用于在营养产品中使用的脂质可以在微生物中产生。例如，藻类中脂质的生产可以包括培育藻类，将其干燥，并从其提取细胞内脂质。从微生物之内提取材料可以是困难的。类似地，酵母(包括油性酵母)具有多糖细胞壁来保护其抵抗环境压力，如剪切力、渗透压失衡、干燥、捕食者，等等。保护性的细胞壁使得收获油性酵母中能转化为生物燃料的细胞内代谢物(如脂质)变得困难。用异养微生物采用水或溶剂提取段(extraction section)将糖转化为生物燃料是可能的，其中部分的微生物溶解于水或另一溶剂中，从而使产物脂质能从发酵培养液去除或直接回收。可以用机械力、热力、渗透压力、和酶促力的组合从油性生物的内隔室回收产物，产生由轻脂质、去脂生物质、和水残留物及其他细胞残留物组成的多相产物流。单次经过(once-through)加工通常产生相当的废物和/或副产物流。需要且渴求用于从含油微生物提取材料的方法和系统，其产生高产量/得率(yield)的用非溶剂/水提取技术提取的材料。还需要和渴求用于从含油微生物提取材料的方法和系统，其将残余加工流再循环，而不是依赖于单次经过加工。专利技术概述本专利技术涉及用于从含油微生物提取材料的方法和系统，以及用于从提取的材料生产生物燃料的方法和系统。根据一些实施方案，温度可以用作预处理步骤以提高提取来自油性生物的产物的产量/得率。更具体而言，从全发酵培养液提取适于生产生物燃料的脂质的方法可以包括预处理全发酵培养液，所述预处理通过将所述培养液加热至大于约90℃，如约90℃至约150℃，或约100℃至约150℃，或约110℃至约150℃，或约120℃至约150℃，或约130℃至约150℃的温度进行，其中所述培养液含有含油微生物，并随后从所述含油微生物提取产物。可以加热全发酵培养液多于约3小时。在一些实施方案中，通过将含有含油微生物的全发酵培养液在少于60分钟内从45℃加热至80℃以将所述含有含油微生物的全发酵培养液在45℃至80℃之间所花费的时间减至最小。此外或可替换地，可以以约0.1至约80摄氏度每分钟的平均速率加热所述全发酵培养液。在这个过程中，可以通过添加酸或碱来调整所述全发酵培养液的pH。在进一步的实施方案中，可以将所述全发酵培养液冷却至大于约60℃、或大于约70℃、或大于约80℃、或大于约85℃、或大于约90℃以允许进一步等温(恒温)加工，如应用机械破坏。可以以约1至约80摄氏度每分钟的平均速率所述全发酵培养液。可以以约10cm每秒至约240cm每秒的叶轮尖端速度搅拌所述全发酵培养液。可以在加热后干燥所述全发酵培养液。在一些实施方案中，在预处理过程中可以将含有所述全发酵培养液的系统中的压强维持在约10psi至约150psi，或约20psi至约150psi，或约30psi至约150psi，或约50psi至约150psi。在所述预处理过程中含有所述全发酵培养液的系统中可以存在盐，其在系统中导致估计约0.01M至约2M的离子强度。所述全发酵培养液可以包含与浓度大于0.05g/L的盐和离子相关的粗制糖源。所述盐和离子可以包括Na、K、Ca、Mg、Zn、和氯化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐，及其组合。这些盐和离子可以积累至0.5至40g/L的浓度。此外，在当产物从机械和/或静电聚并器(coalescer)中的含油微生物释放时，已经存在的盐和离子可以帮助通过促进聚并(coalescence)、絮凝(flocculation)、密度变化和/或将形成的乳液去稳定化而回收油相。本文的方法还可以包括将所述含油微生物进行裂解，导致液滴或碎片粒度分布，其中至少80％或至少95％的体积的释放产物油滴和碎片具有直径大于0.1um的尺寸。此外，可以通过以大于120cm/s的叶轮尖端速度混合来作为连续相回收所述油和细胞碎片液滴。在将油性细胞壁分解后，例如可以从所述油性细胞壁收获细胞内代谢物(包含脂质)。可以将所述细胞内代谢物转化为生物燃料，如生物来源的柴油。可以将收获所述细胞内代谢物后剩余的水性提取流出物进行再循环。可以用再循环的提取水作为吸入水用于洗涤加工原料以提取糖。在预处理后，可以对发酵培养液减压并冷却以在进一步加工之前浓缩培养液中的固体。此外或可替换地，在预处理后，可以包括蒸发器或干燥器以产生带有细胞的浓缩的湿培养液或干混合物。可以添加溶剂至干细胞或裂解发酵培养液以形成混合物。所述溶剂可以包括己烷，十二烷，癸烷，柴油，一种或多种醇，或其组合。可以搅拌所述裂解发酵培养液和溶剂的混合物以从含油微生物接触或提取油。可以从所述裂解发酵培养液分离溶剂和油，如通过使用离心机来进行分离。可以使所述溶剂和油反应以使至少一部分的油转化为燃料组分。此外，可以将所述溶剂和残余的油转化为包含生物燃料的燃料。可以将用过的培养液用作作物的肥料、动物饲料、酵母提取物、酵母水解产物、或碳源/营养源。在一些实施方案中，含有含油微生物的全发酵培养液可以包含糖原料。所述含有含油微生物的全发酵培养液和糖原料可以包含约50至约250克脂质每升发酵罐培养液，约0至约50克糖每升发酵罐培养液，约0至约40克盐每升发酵罐培养液，和约10至约100克无脂质干生物质每升发酵罐培养液。根据一些实施方案，作为预处理的一部分，所述方法还可以包括对含有含油微生物的全发酵培养液进行巴氏消毒，例如将所述全发酵培养液加热到约40℃至约80℃约1分钟至约3小时来进行。相比之下，在预处理加热过程中，可以将全发酵培养液保持在约90℃至约150℃，或约100℃至约150℃，或约110℃至约150℃，或约120℃至约150℃，或约130℃至约150℃的温度约30分钟至约18小时，或多于3小时至约18小时，或多于3小时至约8小时。可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从全发酵培养液提取适于生产生物燃料的脂质的方法，包括：预处理所述全发酵培养液，所述预处理通过将所述培养液加热至约90℃至约150℃，或约100℃至约150℃、或约110℃至约150℃、或约120℃至约150℃、或约130℃至约150℃的温度来进行，其中所述培养液含有含油微生物；和随后从所述含油微生物提取产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 US 61/918,8501.一种从全发酵培养液提取适于生产生物燃料的脂质的方法，包括：预处理所述全发酵培养液，所述预处理通过将所述培养液加热至约90℃至约150℃，或约100℃至约150℃、或约110℃至约150℃、或约120℃至约150℃、或约130℃至约150℃的温度来进行，其中所述培养液含有含油微生物；和随后从所述含油微生物提取产物。2.权利要求1的方法，其包括加热所述全发酵培养液约30分钟至约18小时，或多于约3小时至约18小时，或多于3小时至约8小时。3.权利要求1或2的方法，其包括通过将所述含有含油微生物的全发酵培养液在少于60分钟内从45℃加热至80℃而将所述含有含油微生物的全发酵培养液在45℃至80℃之间所花费的时间减至最小。4.前述权利要求任一项的方法，包括以约0.1至约80摄氏度每分钟的平均速率加热所述全发酵培养液。5.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括通过添加酸或碱调整所述全发酵培养液的pH。6.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括将所述全发酵培养液冷却至大于约60℃、或大于约70℃、或大于约80℃、或大于约85℃、或大于约90℃以允许进一步等温加工。7.权利要求6的方法，其中所述进一步等温加工包括应用机械破碎。8.前述权利要求任一项的方法，其包括以约0.2至约80摄氏度每分钟的平均速率冷却所述全发酵培养液。9.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括在加热后干燥所述全发酵培养液。10.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括以约10cm每秒至约240cm每秒的叶轮尖端速度搅拌所述全发酵培养液。11.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括在预处理过程中将含有所述全发酵培养液的系统中的压强维持在约10psi至约150psi，或约20psi至约150psi，或约30psi至约150psi，或约50psi至约150psi。12.前述权利要求任一项的方法，其中在所述预处理过程中在含有所述全发酵培养液的系统中存在盐，其在所述系统中导致约0.01M至约2M的离子强度。13.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括将所述含油微生物进行裂解，产生液滴或碎片粒度分布，其中至少80％体积的释放产物油滴和碎片具有直径大于0.1um的尺寸。14.前述权利要求任一项的方法，其进一步包括将所述含油微生物进行裂解，产生液滴或碎片粒度分布，其中至少95％体积的释放产物油滴和碎片具有直径大于0.1um的尺寸。15.权利要求14的方法，其进一步包括通过以大于120cm/s的叶轮尖端速度混合来作为连续相回收所述油和细胞碎片液滴。16.前述权利要求任一项的方法，其中可通过将发酵培养液在超过90℃再加热30分钟至约8小时而在少于8小时内将经过预处理的发酵培养液进行聚并。17.前述权利要求任一项的方法，其中所述提取过程以与油相比至少2的比率浓缩所述全发酵培养液中的金属。18.前述权利要求任一项的方法，其包括将所述方法实施于粗制糖并回收金属和无机元素较低的粗制油，所述金属和无机元素较低是与利用全干生物质和/或溶剂以回收粗制油的提取技术相比。19.前述权利要求任一项的方法，其中所述全发酵培养液包含与浓度>0.05g/L的盐和离子相关的粗制糖源。20.权利要求19的方法，其中所述盐和离子选自下组：Na、K、Ca、Mg、Zn、和氯化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐，及其组合。21.权利要求19的方法，其中所述盐和离子包括钾、钙，或其组合。22.权利要求19至21任一项的方法，其中所述盐和离子累积至0.5至40g/L的浓度。23.权利要求19至22任一项的方法，其中所述盐和离子包含浓度比钠更高的钾。24.权利要求19至22任一项的方法，其中所述盐和离子包含浓度大于1g/L的钙。25.权利要求19至23任一项的方法，其中所述盐和离子包含浓度大于2.5g/L的钾。26.权利要求19至25任一项的方法，其中当产物从含油微生物释放时，所述盐和离子帮助通过聚并回收油相。27.权利要求26的方法，其中所述发酵培养液在聚并过程中包含0.5至40g/L的盐和离子浓度。28.权利要求26的方法，其中所述聚并导致聚并的脂质粒度分布，其中至少80％体积的聚并的脂质具有直径大于40um的尺寸。29.权利要求26的方法，其中所述聚并导致聚并的脂质粒度分布，其中至少95％体积的聚并的脂质具有直径大于40um的尺寸。30.前述权利要求任一项的方法，其还包括在加热之后对所述发酵培养液减压，并冷却所述全发酵培养液以在进一步加工之前浓缩培养液中的固体。31.前述权利要求任一项的方法，其还包括在加热后添加溶剂至干细胞或裂解发酵培养液以形成混合物。32.权利要求31的方法，其中所述溶剂选自下组：己烷，十二烷，癸烷，柴油，醇，及其组合。33.权利要求31或32的方法，其还包括搅拌所述裂解发酵培养液和溶剂的混合物以从含油微生物接触并提取油。34.权利要求33的方法，其还包括从所述裂解发酵培养液分离所述溶剂和油。35.权利要求34的方法，其包括用离心机从所述裂解发酵培养液分离所述溶剂和油。36.权利要求34或35的方法，其还包括使所述溶剂和油反应以使至少一部分的油转化为燃料组分。37.权利要求36的方法，其还包括将所述溶剂和残余的油转化为包含生物燃料的燃料。38.权利要求34至37任一项的方法，其还包括将用过的培养液用作作物的肥料、动物饲料、酵母提取物、酵母水解产物、或碳源/营养源。39.前述权利要求任一项的方法，其中含有所述含油微生物的全发酵培养液包含糖原料。40.权利要求39的方法，其中所述含有含油微生物的全发酵培养液和糖原料包含约50至约250克脂质每升发酵罐培养液，约0至约50克糖每升发酵罐培养液，约0至约40克盐每升发酵罐培养液，和约10至约100克无脂质干生物质每升发酵罐培养液。41.前述权利要求任一项的方法，其中所述含油微生物包含按重量计至少40％脂肪。42.前述权利要求任一项的方法，其还包括对含有所述含油微生物的全发酵培养液进行巴氏消毒。43.权利要求42的方法，其包括通过将所述全发酵培养液加热到约40℃至约80℃约1分钟至约3小时而对所述全发酵培养液进行巴氏消毒。44.权利要求43的方法，其还包括将所述全发酵培养液保持在约90℃至约150℃，或约100℃至约150℃，或约110℃至约150℃，或约120℃至约150℃，或约130℃至约150℃的温度约30分钟至约18小时，或多于3小时至约18小时，或多于3小时至约8小时。45.权利要求44的方法，其还包括在加热间隔过程中搅拌所述全发酵培养液。46.权利要求44或45的方法，其还包括添加酸至所述全发酵培养液。47.权利要求44至46任一项的方法，其还包括添加碱至所述全发酵培养液。48.权利要求44至47任一项的方法，其还包括将所述全发酵培养液经过珠磨机、均质机、孔板、高剪切混合机、压制机、挤出机、压力破碎、湿磨、干磨、或其他剪切力或机械破坏设备至少一次。49.权利要求48的方法，其包括将所述全发酵培养液经过珠磨机、均质机、孔板、高剪切混合机、压制机、挤出机、压力破碎、湿磨、干磨、或其他剪切力或机械破碎设备至少两次。50.权利要求48或49的方法，其还包括在容器中于约70℃至约100℃搅拌所述裂解发酵培养液约1至约60小时。51.权利要求50的方法，其还包括添加盐至所述容器中的裂解发酵培养液。52.权利要求51的方法，其包括添加多至按重量计约2％的所述盐。53.权利要求51或52的方法，其中所述盐是NaCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿普特，W·巴克利，M·布莱泽，J·博登，A·布尔扎，D·董，A·杜拉佐，JC·杜梅尼尔，A·埃奇，J·汉森，A·霍夫勒，D·杰弗斯，C·里昂，V·派，J·W·普法伊费尔三世，M·J·塞勒斯，G·尚克，J·斯蒂奇，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL