由重組宿主細(xì)胞生產(chǎn)的脂肪醇組合物的下游處理的制作方法
【專利說明】由重組宿主細(xì)胞生產(chǎn)的脂肪醇組合物的下游處理
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月7日提交的美國臨時申請61/774,375的權(quán)益，其內(nèi)容由 此全文并入。
[0003] 領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及脂肪醇的下游處理。此處，本發(fā)明涵蓋一種以高純度和產(chǎn)率提供脂肪 醇的新的純化方法。
[0005] 背景
[0006] 脂肪醇具有許多商業(yè)用途。較短鏈的脂肪醇作為乳化劑、潤膚劑和增稠劑用于化 妝品和食品工業(yè)中。由于其兩親特性，脂肪醇相當(dāng)于非離子表面活性劑，其可用于個人護(hù) 理和家用產(chǎn)品中，例如用于洗滌劑和清潔組合物中。此外，脂肪醇用于蠟、膠、樹脂、藥膏和 洗劑、潤滑油添加劑、織物抗靜電劑和整理劑、增塑劑、化妝品、工業(yè)溶劑和脂肪溶劑中。脂 肪醇（FALC)可獲自棕櫚油、棕櫚仁油、植物油、大豆或牛油，然而財務(wù)和環(huán)境成本很高。當(dāng) FALC衍生自常規(guī)來源（例如植物油、棕櫚油等）時，初始混合物包含大量雜質(zhì)，包括游離脂 肪酸、脂肪酸甲酯（FAME)、重質(zhì)脂肪-脂肪酯（例如長鏈分子，包括C20-C30)以及其它雜 質(zhì)。
[0007] FALC也可獲自微生物的發(fā)酵（培養(yǎng)），所述微生物經(jīng)工程化以生產(chǎn)具有C6-C18鏈 長的FALC。在特定培養(yǎng)條件下，由微生物發(fā)酵液生產(chǎn)的粗FALC除FALC之外可包含特定雜 質(zhì)。該類雜質(zhì)包括但不限于游離脂肪酸（FFA);脂肪-脂肪酯（FFE);脂肪醛、脂肪酮和含羰 基的化合物；硫和金屬化合物；水和其它雜質(zhì)。通常將雜質(zhì)從FALC中移除以滿足最終產(chǎn)品 規(guī)格。FFA的移除（脫酸化）通常通過堿精制法（即，經(jīng)由化學(xué)方法）和物理精制法（即， 經(jīng)由FFA的蒸發(fā)）進(jìn)行，例如在商業(yè)操作中。常規(guī)堿精制法并非不存在缺點；特別是在試圖 從FALC中分離細(xì)碎分散且部分溶劑化的皂（例如C8-C18鏈長）（這在離心和隨后的水洗期 間發(fā)生）時，堿精制法往往發(fā)生困難。一般而言，堿精制法受阻于不可接受的高醇損失和必 須通常單獨的工藝步驟降低的FFE污染。此外，由于FALC、FFA和FFE具有類似的沸點，物 理精制幾乎是不可能的。此外，F(xiàn)FA具有與FALC類似的鏈長分布且一些FFE的鏈長與FALC 重疊。因此，就商業(yè)規(guī)模而言，堿和物理精制法不適于移除存在于粗FALC中的FFA和FFE。 因此，需要更新且更好的方法以生產(chǎn)具有滿足在特定產(chǎn)品中應(yīng)用所需規(guī)格的所需特性（例 如純度）的FALC。
[0008] 簡述
[0009] 本發(fā)明的一個方面提供了一種純化脂肪醇（FALC)的方法，包括：(a)提供包含 FALC和可皂化雜質(zhì)的原料；(b)向所述原料中添加強堿，從而產(chǎn)生第一混合物；和（c)蒸發(fā) 第一混合物，從而產(chǎn)生富含F(xiàn)ALC的第二混合物。在一個實施方案中，所述可皂化雜質(zhì)包括 游離脂肪酸（FFA)、脂肪-脂肪酯（FFE)和含羰基的化合物。在另一實施方案中，所述強堿 包含0.3-0. 6重量％過量的氫氧化鈉（NaOH)。在另一實施方案中，所述強堿通過中和FAA 和皂化FEE而減少FFA和FFE，其中皂化FEE產(chǎn)生用于中和的額外FFA以及額外的FALC。 所述強堿進(jìn)一步減少了含羰基的化合物。在仍另一實施方案中，中和和皂化在約100-約 130°C的溫度下在環(huán)境壓力至約80托的部分真空下進(jìn)行。在又一實施方案中，中和和皂化 實施約2-4小時。在仍另一實施方案中，第二混合物中的FFA的量小于約0. 03mg KOH/g樣 品，且第二混合物中的FFE的量小于約0. 4mg KOH/g樣品。在另一實施方案中，第二混合物 中的鈉皂的量小于約20ppm。在第二混合物中獲得的FALC通常具有約98%的純度。
[0010] 本發(fā)明的另一方面提供了一種純化FALC的方法，包括：(a)提供包含F(xiàn)ALC和可 皂化雜質(zhì)的原料；(b)向所述原料中添加強堿，從而產(chǎn)生第一混合物；(c)蒸發(fā)第一混合物， 從而產(chǎn)生富含F(xiàn)ALC的第二混合物；和（d)用漂白劑漂白所述第二混合物，從而產(chǎn)生經(jīng)漂白 的FALC。在一個實施方案中，所述漂白劑包括但不限于次氯酸鹽、過氧化物、漂白土和吸收 劑。在另一實施方案中，所述漂白劑有效地移除金屬化合物；有色體；包括氧化的脂肪族化 合物或具有自由基的脂肪族化合物或它們的組合的痕量水平的額外雜質(zhì)。
[0011] 本發(fā)明的另一方面提供了一種純化FALC的方法，包括：(a)提供包含F(xiàn)ALC和可 皂化雜質(zhì)的原料；(b)向所述原料中添加強堿，從而產(chǎn)生第一混合物；(c)蒸發(fā)第一混合物， 從而產(chǎn)生富含F(xiàn)ALC的第二混合物；（d)用漂白劑漂白所述第二混合物，從而產(chǎn)生經(jīng)漂白的 FALC;和（e)用氫氣和催化劑氫化所述第二混合物，從而產(chǎn)生氫化FALC。在一個實施方案 中，所述氫化包括但不限于一鍋法漿液反應(yīng)；漿液反應(yīng)和隨后的填充床反應(yīng)；以及兩個串 聯(lián)的填充床反應(yīng)。在另一實施方案中，所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)沸點分餾氫化的FALC，其中 分離鏈長相差兩個或更多個碳的FALC。在另一實施方案中，氫化的FALC包含至少約50% 的012-(]18脂肪醇。
[0012] 本發(fā)明的另一方面提供了一種純化FALC的方法，其中所述原料包含至少0. 1-0. 5 重量％的FFA和/或至少0. 1-05重量％的FFE。所述原料可進(jìn)一步包含至少0. 1-0. 5重 量％的含羰基的化合物。此外，所述原料可進(jìn)一步包含小于1重量％的二醇化合物。所述 原料可進(jìn)一步包含硫或至少一種含硫化合物和/或水。在一個實施方案中，所述原料為發(fā) 酵液的產(chǎn)物。在另一實施方案中，所述發(fā)酵液為大腸桿菌（E.coli)發(fā)酵液。在又一實施方 案中，所述原料具有約20mg KOH/g或更小的皂化（SAP)值。
[0013] 本發(fā)明的另一方面提供了一種純化FALC的方法，包括：（a)提供包含F(xiàn)ALC和可皂 化雜質(zhì)的原料；(b)向所述原料中添加強堿，從而產(chǎn)生第一混合物；和（c)蒸發(fā)第一混合物， 從而產(chǎn)生富含F(xiàn)ALC的第二混合物，其中蒸發(fā)在低于約150°C的溫度下在約1托下進(jìn)行。在 另一實施方案中，蒸發(fā)在低于約187°C的溫度下在約5托下進(jìn)行。在又一實施方案中，蒸發(fā) 在對應(yīng)于C1S醇蒸氣壓的溫度下進(jìn)行。
[0014] 詳細(xì)描述
[0015] 新純化方法的開發(fā)提供了比已知堿精制法顯著更高的脂肪醇產(chǎn)率，且用于生產(chǎn)具 有滿足特定產(chǎn)品規(guī)格所需的特性（包括更高的純度）的脂肪醇。該新方法包括中和和皂化 原料。因此，該新方法包括向包含脂肪醇（FALC)和可皂化雜質(zhì)的原料中添加強堿。這種雜 質(zhì)包括例如游離脂肪酸（FFA)、脂肪-脂肪酯（FFE)和含羰基的化合物。原料通常衍生自在 發(fā)酵液中生長的微生物。當(dāng)將強堿添加至原料中時，其通過中和混合物中的FFA和皂化混 合物中的FFE而減少FFA和FFE。此外，所述強堿將混合物中的一些含羰基化合物氧化成 FFA，且將其它含羰基化合物還原成醛和酮，它們進(jìn)一步分解成FFA。FFE的皂化導(dǎo)致產(chǎn)生額 外的FFA和FALC，其中再次將FFA中和且由此皂化。在某一時刻，所有FFA均轉(zhuǎn)化成皂且富 含F(xiàn)ALC。因此，使用過量強堿皂化FFE并中和FFA導(dǎo)致幾乎所有FFA和幾乎所有FFE轉(zhuǎn)化 成皂，從而導(dǎo)致高度富含F(xiàn)ALC的溶液。使用隨后的脂肪醇的蒸發(fā)制得幾乎不含F(xiàn)FA、FFE和 鹽的高純度FALC。申請人令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，該簡單的二步法導(dǎo)致了約98%純度的FALC。因 此，本發(fā)明提供了一種由包含F(xiàn)ALC和可皂化雜質(zhì)的原料純化FALC的新的和更好的方法。最 終的混合物富含F(xiàn)ALC，其中最終的混合物中的皂（即，F(xiàn)FA的鹽）的量小于20ppm。該新方 法制得了幾乎不含F(xiàn)FA和FFE的FALC產(chǎn)物，其中FFA為約0. 1% (例如約0. 05%、約0. 03% 或約0. 01 % )，且其中FFE具有約0. 5的皂化（SAP)值（例如約0. 4、約0. 3或約0. 2)。
[0016] 原料可包含F(xiàn)ALC和可皂化雜質(zhì)（包括特定重量百分比（重量％ )的FFA、FFE和 /或含羰基化合物）的任何組合。在優(yōu)選實施方案中，原料包含至少約0.5重量％ (例如至 少L 0重量％ )的FFE和/或至少約0· 5重量％ (例如至少L 0重量％ )的FFA和/或至 少約0. 5重量％ (例如至少1. 0重量％ )的含羰基化合物。原料通常包含小于約5重量％ (例如小于4重量％，小于3重量％，小于2重量％和/或小于1重量％ )的含羰基化合物。 原料也可包含其它組分和/或雜質(zhì)，例如小于約1重量％ (例如小于0. 5重量％ )的二醇 化合物、硫、至少一種含硫化合物和/或小于約5重量％ (例如小于3. 5重量％ )的水。優(yōu) 選地，原料具有約20mg(例如15mg、10mg、5mg或2mg)K0H/g或更小的阜化（SAP)值。原料 的一個實例包含小于約10重量％的FFA、小于約5重量％的FFE、小于約2重量％的含羰基 化合物、約250ppm的硫、約3. 5重量％的水和含C6-C18脂肪醇的剩余部分。在本發(fā)明的一 個實施方案中，原料為發(fā)酵液的產(chǎn)物。所述發(fā)酵液可例如為微生物發(fā)酵液，例如大腸桿菌發(fā) 酵液。微生物細(xì)胞優(yōu)選經(jīng)基因工程化以優(yōu)化FALC生產(chǎn)。用于優(yōu)化基因工程化微生物細(xì)胞內(nèi) 的FALC生產(chǎn)的方法和組合物例如描述于美國公開專利申請2012/0142979、2011/0256599、 2011/0250663 和 2010/0105963 中。
[0017] 強堿為水解（例如完全水解）且可中和FFA和阜化FFE的任何堿。該類強堿通常 為第I或II族堿金屬的氫氧化物。強堿包括例如氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化銫、氫氧化鈉、 氫氧化鍶、氫氧化鈣、氫氧化鋰和氫氧化銣。在一個優(yōu)選實施方案中，強堿為氫氧化鈉。強 堿可以以任何合適的濃度使用以中和FFA和皂化FFE。通常使用過量的強堿，例如約0. 01 重量％或更高（例如〇. 05重量％或更高、0. 1重量％或更高、0. 2重量％或更高、0. 3重量％ 或更高、〇. 4重量％或更高或0. 5重量％或更高的過量堿，相對于原料的總SAP值）。替代 地（或者此外），所用過量的強堿可為約1.0重量％或更低（例如0.9重量％或更小、0.8 重量％或更小、〇. 7重量％或更小、0. 6重量％或更小、0. 5重量％或更小或0. 4重量％或更 小的過量堿，相對于原料的總SAP值）。因此，過量的強堿可為由任意兩個上述端點限定的 量（例如0.1-0.5重量％、0.3-0.6重量％、0.5-1.0重量％、0.6-0.8重量％或0.05-1.0重 量％