專利名稱：聚酯顆粒的提取及純化的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚酯顆粒，特別是細胞生物質中的聚羥基脂肪酸酯(PHAs)的提取及純化的方法。進一步地，本發明涉及一種利用了合適的動物的消化系統的自然環保的工藝提取及純化PHA及其它聚酯顆粒的方法。
背景技術：
毋庸置疑，塑料是人類發明的最有用的一種材料。對塑料的應用廣泛存在于我們的現代生活，因為其具有多樣的材料性能，經久耐用，重量輕，易于加工，成本低且很惰性。 日用塑料是從石化資源中生產的，這種資源是不可再生的，總有耗盡的一天。此外石化塑料不能被生物降解，因此不能被我們的自然生物系統吸收。為了解決上述問題，同時充分意識到塑料在現代生活中的重要性，人們對能由可再生資源生產且能被生物降解的塑料的興趣日益增長。
PHAs和聚乳酸(PLA)是具有熱塑性的生物可降解和生物源塑料的兩個例子。關于這兩種生物源聚酯的研究有很多。許多自然界中存在的微生物能夠在碳源過剩的情況下生產PHAs，并以非水溶性顆粒的形式在細胞質中富集。利用基因工程技術能夠構建有能力生產各類PHA的重組微生物和轉基因植物。最近，研究也發現重組的細菌細胞能同時產生 PHAs 禾口 PLA0
PHAs生產的一個主要挑戰是細胞生物質中PHAs的提取和純化。通常可以將細胞生物質直接用帶或不帶酶預處理的高氯酸鈉、氫氧化鈉(或氫氧化鉀)和酸的混合物(如鹽酸或硫酸)處理，水解細胞壁，釋放出的PHA顆粒，再以濃縮和干燥方式獲得。另一種方法是直接使用對PHA有特別好的溶解性的混合溶劑處理細胞生物質。然后將溶解了 PHA的溶劑加入一個非溶劑中使得PHA析出，再將之回收，干燥。后一種方法能夠獲得非常高分子量的PHA，而前一種方法，由于酸或堿降解了部分PHA，獲得的是低分子量的PHA。這兩種方法都很繁瑣且花費較高，也不夠環保。所采取的提取工藝使得原本是環保的PHAs成本高于石化塑料。此外，這些工藝需要消耗能量，導致二氧化碳排放以及其它由酸、堿、化學物質和溶劑造成的環境污染。
目前有一些現有技術公開了一些從生物質中提取和回收PHAs的方法，但都依賴于溶劑和/或化學物質的使用，不環保。
美國專利No. US2006105440公開了一種通過從含有分子量大于2，000, 000的PHA 的生物質中提取、分離和純化PHA以生產PHA的方法。該生物質在加入非極性有機溶劑前被從40°C加熱到500°C。加入非極性有機溶劑后可進一步從40°C加熱到200°C。非極性溶劑可以與水和/或醇一起使用。此方法提取PHA可操作性強，但還是需要處理非極性有機溶劑。
另一個美國專利No. US2005222373也披露了一種生產PHA晶體的方法。該方法在 50°C到130°C范圍內，將溶解在良溶劑中的PHA溶液和不良溶劑混合以析出PHA。通過這種方法能夠生產出通常難以獲得的具有流動性的PHA晶體。但是，這個方法仍然使用了溶劑提取策略，因此也需要特別的化學物質。
美國專利No. US5918747也公開了一種用從生物源材料中獲得的離心組分來回收 PHAs的工藝。該工藝包括粉碎在液體中的生物源材料，離心分餾生物源材料形成固-固分離以從生物源材料的其他組成部分中區分出PHA并予以回收。雖然加入了離心步驟促進了固-固分離，但是還是需要如氯化碳溶劑和有機溶劑一類的化學物質作為液體。
美國專利US58498M公開了一種使用氣流分級法回收PHA的工藝。該方法包括粉碎生物源材料，氣流分級生物源材料以使PHA顆粒和其它物質分離，且回收PHA。該工藝仍需一個合適的液體，且獲得PHA前還需要幾個分餾步驟。
PCT專利W02006103699公開了一個使用市售的細胞裂解放線菌培養的細菌中提取PHA的工藝。在放線菌培養基加入到細菌培養基中之前，PHA的生產菌先被培養2至3天且加熱到50°C到80°C范圍。從一種和水不能混溶的溶劑中或表面活性劑和螯合劑中回收 PHA。
現有技術中公開的技術大多基于溶劑萃取法且需要各種復雜的技術。基于上述情況，顯然是需要一個簡單、自然和經濟的從生物質中回收PHAs和其他聚酯材料的工藝。發明內容
本發明的主要目的是提供一種簡單的、革新性的從生物源中提取和純化PHAs及其它聚酯的方法。
本發明的另一個目的是發展一種從細菌細胞中提取和純化聚酯顆粒，尤其是PHAs 的方法，該方法無需使用有機溶劑，完全自然、環保且節約成本。
本發明的還有一個目的是提供一種利用合適的動物的消化系統回收聚酯顆粒的方法。
本發明至少全部或部分達到前述一個目的，本發明實施例描述了一種從含聚酯的生物質中回收聚酯的方法。該方法包含將含PHA的生物質喂給一種動物，該動物排泄含有聚酯的糞粒，從糞粒中分離出聚酯。
在本發明的一個實施例中，聚酯顆粒尤其指PHAs或PLA。進一步的，PHAs是指聚 3-羥基丁酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基戊酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基己酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-4-羥基丁酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基戊酸酯-合-3-羥基己酸酯，聚3-羥基己酸酯-合-3-羥基辛酸酯-合-3-羥基癸酸酯-合-3-羥基十二烷酸酯-合-3-羥基十四酸酯以及以上任何兩種或更多種的組合。
本發明另一實施例公開了該生物質來自一個含聚酯，尤其是PHAs的有機體。優選地，該生物質來自植物，藻類，藍藻，細菌或以上任何兩種或更多種的組合。
本發明還有一個實施例指出，該動物是一種嚙齒動物，山羊、綿羊、牛、鳥或一種水生生物。
本發明的一個進一步的實施例公開了一種從含有聚酯的生物質中回收聚酯的方法，該方法中還包含一個在喂養動物之前將該生物質加入動物飼料配方中的步驟。優選地， 該生物質在加入動物飼料前進行熱處理。
本發明的另一個進一步的實施例公開了一種從含有聚酯的生物質中回收聚酯的方法。該方法中還包含一個純化從糞粒中得到的聚酯的步驟。這些聚酯可以通過從糞粒非水溶性的含聚酯成分中去除水溶性成分的方式得到純化。
本發明還有一個進一步的實施例公開了一種從含有聚酯的生物質中回收聚酯的方法。該方法中還包含一個干燥回收的聚酯的步驟。根據本發明的優選實施例，聚酯干燥后還可以進行一個制丸步驟。
本領域技術人員將會領會到本發明非常適用于實現所述目的，且能獲得所提及以及所固有的效果和優點。本發明的范圍并不限于所述的實施例。


為了促進對于發明的理解，附圖對優選實施例進行說明，通過附圖及其相關說明， 本發明，其結構和操作以及很多優勢，將更容易被理解和領會。
圖1展示了本發明其中一個優選實施例中使用的細菌細胞的一個例子一種鉤蟲貪銅菌(Cupriavidus necator)細胞，分別在培養早期(a)，臨近收獲前(b)，以及冷凍干燥后(c)的形態。培養和收獲的圖像是使用一個放大1000倍的相差光學顯微鏡看到的圖像， 而冷凍干燥細胞的圖像是用一個數碼相機拍攝的。
圖2是老鼠糞粒的形態和PHAs含量，該老鼠是如本發明中一個優選實施例中所述的用于回收PHAs用到的一種動物，所消耗的冷凍干燥細胞如圖1所示。
具體實施方式
本發明涉及一種聚酯顆粒，特別是細胞生物質中的聚羥基脂肪酸酯(PHA)的提取及純化的方法。特別地，本發明涉及一種使用了合適的動物的消化系統的自然環保的方法提取及純化PHA及其它聚酯顆粒的方法。
以下，本發明應根據本發明的優選實施例和所附的說明書和附圖來描述。但應認識到，限于本發明的優選實施方案和圖紙的說明僅僅是為了便于討論本發明。顯而易見，本領域技術人員能夠作出一些不超出所附權利要求范圍的多種修改。
本發明公開了一種從含聚酯的生物質中回收聚酯的方法。該方法包含將該生物質喂給一種動物，該動物排泄含有聚酯的糞粒，從糞粒中分離出聚酯。
本發明所公開的方法是用于提取和純化非水溶性聚酯的完全天然的生物方法。本方法主要是利于了一種合適動物的消化系統來回收聚酯，完全不需要化學物質或溶劑。因此，所獲得的PHAs是真正以生物為基礎的，環保的和經濟可行的聚酯材料。
本領域技術人員應領會到所用的生物質來自一種含有聚酯尤其是PHAs的有機體。這些有機體能夠自然的生產和富集PHAs。優選的，該有機體來自植物，藻類，藍藻，細菌或以上任何兩種或更多種的組合。PHAs的工業規模生產涉及在生物反應器中培育大量的微生物，如細菌或藍藻細胞等。最好給這些細胞供應用于合成PHAs的生長營養物質及碳源。 在一個典型的發酵過程中，細胞所富集的PHA可高達細胞干重的80%。可用于PHAs合成的碳源包括糖(例如果糖)，蔬菜油(如豆油，棕櫚油)以及其它底物在農產品加工業中的副產品。發酵過程大約需要36至60小時，然后離心收集細胞，或讓沉積物自然進入一個濃縮的細胞生物質。
本發明中，含聚酯的細胞生物質能夠直接喂給合適的動物。根據本發明的實施例， 該方法可以進一步包括一個在喂養動物之前將該生物質加入動物飼料配方中的步驟。首5先，細胞生物質被用作飼料的一個組分，該生物質可以是一個典型的微生物發酵過程產生的濕細胞糊。該細胞生物質應該優選為一種給動物的營養物質(蛋白和脂肪)，理想的情況下應該是含有PHAs的單細胞蛋白(SCP)。優選地，在加入動物飼料前對該生物質進行熱處理。這種制定的動物飼料除了濃縮的濕細胞糊，還可以包含淀粉和豆粕。這種混合物可以被擠壓成干顆粒后喂給動物。
根據本發明的一個優選實施例，合適的動物應該是一種嚙齒動物，山羊、綿羊、牛、 鳥或一種水生生物。然而，本發明不打算限制使用其他可用的合適的動物，只要該動物在食用含PHAs或其它聚酯的日常飲食或定制的動物飼料后能夠分泌含PHAs或其他聚酯顆粒的糞粒。
合適的動物的消化系統能夠使用在消化道中的各種酶水解生物質。這些酶可以選擇性的水解蛋白質，脂類和碳水化合物，生成包括氨基酸、脂肪酸、葡萄糖在內的水溶性小分子，并最終作為營養物質被機體吸收。如PHAs之類不能水解的物質將被排泄。這些動物的消化道可能含有能夠選擇性水解PHAs的酶的微生物，但是由于含PHA的細胞在動物的消化道的停留時間太短，PHA不會發生顯著的水解。
水解過程從細胞生物質中釋放非水溶性的聚酯顆粒。細胞中的脂類和碳水化合物水解后被該動物的消化道自動吸收。同時，不溶于水的聚酯顆粒，如PHAs原封不動，因為該動物的消化道中沒有合適的酶能夠水解該類顆粒。由于顆粒通過動物的消化道，該顆粒被自然濃縮以糞粒的形式排出體外。因此，糞粒中含有豐富的PHA或其他聚酯顆粒。
隨后，在合適的動物食用含PHA或聚酯顆粒的第二天一早盡早收集糞粒。根據動物類型和糞粒分布的環境不同，從糞粒中純化PHA或聚酯顆粒的過程可以由1天到6個月以上不等。例如PHA含量超過80wt%的老鼠的糞粒可以保存幾年，再進行后續的處理步驟。
收集的顆粒在某些應用中可以作為塑料樹脂直接使用，例如農膜和育苗袋。如果需要高純度的PHAs或聚酯顆粒，顆粒可通過勻漿、用冷水或熱水沖洗進一步的提純，水洗過程可以除去其中的水溶性物質。最后，洗過的PHA顆粒是白色的、純的，可以通過過濾，離心和/或沉淀等各種方法回收。這種洗滌過程可以根據使用的動物類型、糞便中PHA顆粒的濃度，以及最終PHA的應用方式進行修改。
根據本發明的一個進一步的實施例，還可以對回收的聚酯進行一個干燥過程。干燥后可以是一個制丸步驟。整個提取和純化的過程，可在室溫條件下進行。這個過程也可以進一步結合傳統的溶劑和或/化學提取及純化工藝，去除可能仍然與PHA顆粒共存的痕量蛋白質和脂類。在這種情況下，與只依靠溶劑和/或化學物質的方法相比，所使用的溶劑和/或化學物質的用量將大大降低。
本方法回收獲得的聚酯顆粒種類主要是PHAs或PLAs。進一步的，PHAs是聚3_羥基丁酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基戊酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基己酸酯， 聚3-羥基丁酸酯-合-4-羥基丁酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基戊酸酯-合-3-羥基己酸酯，聚3-羥基己酸酯-合-3-羥基辛酸酯-合-3-羥基癸酸酯-合-3-羥基十二烷酸酯-合-3-羥基十四酸酯以及以上任何兩種或更多種的組合。
PHAs的提取和純化后的分析顯示，所公開的方法能夠實現PHA的含量按重量百分比計達50%到95%。
目前公開的內容包括所附的權利要求及上述描述。本發明根據其優選形式的描述有一定的特殊性，然而，可以理解的是目前公開的優選形式只是通過舉例的方式，在施行的細節、各部分的組合和安排上可以作出不偏離本發明的范圍的許多變化。
實施例
以下提供實施例說明本發明的不同方面和優選實施方式。由于實施方式在不偏離本發明的意思和范圍內可有許多變化，所給例子僅限于說明本發明，不作為本發明的限制范圍。
實施例1
用于生產PHA的菌株是C. necator H16。選擇C. necator H16是因為它是一個已被廣泛使用的菌株，且沒有跡象顯示其有致病性。此外，該菌株在20世紀70年代被最早開發為單細胞蛋白(SCP)來源。C. necator H16在30°C下富營養型(NR)培養基中培養M小時，為接種準備的培養基列于表1。
表 權利要求
1.一種從含聚酯的生物質中回收聚酯的方法，該方法包含將所述的生物質喂給一種動物，該動物排泄含有聚酯的糞粒；以及從糞粒中分離出聚酯。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚酯顆粒是指聚羥基脂肪酸酯或聚乳酸。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚羥基脂肪酸酯是聚3-羥基丁酸酯，聚 3-羥基丁酸酯-合-3-羥基戊酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基己酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-4-羥基丁酸酯，聚3-羥基丁酸酯-合-3-羥基戊酸酯-合-3-羥基己酸酯，聚3-羥基己酸酯-合-3-羥基辛酸酯-合-3-羥基癸酸酯-合-3-羥基十二烷酸酯-合-3-羥基十四酸酯以及以上任何兩種或更多種的組合。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物質來自植物、藻類、藍藻、細菌或以上任何兩種或更多種的組合。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述動物是一種嚙齒動物，山羊、綿羊、牛、 鳥或一種水生生物。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含在喂養動物之前將所述生物質加入動物飼料配方中的步驟。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述生物質在加入動物飼料前經過熱處理。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含純化從糞粒中得到的聚酯的步驟。
9.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚酯通過從糞粒非水溶性的含聚酯成分中去除水溶性成分的方式得到純化。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含干燥回收的聚酯的步驟。
11.如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包含干燥后的聚酯制丸的步驟。
全文摘要
一種從含聚酯的生物質中回收聚酯的方法。該方法包含將該生物質喂給一種動物，該動物排泄含有聚酯的糞粒，并從糞粒中分離出聚酯。
文檔編號B29B17/00GK102510796SQ201080030356
公開日2012年6月20日 申請日期2010年5月5日 優先權日2009年5月21日
發明者C·卡那帕斯·皮勒, K·蘇德席·酷瑪·A/L 申請人:馬來西亞理科大學