Un método para purificar polihidroxialcanoatos (PHA) derivados de biomasa que comprende PHA,

comprendiendo el método

poner en contacto una biomasa que contiene PHA o una composición de PHA parcialmente purificada con entre 0,002 y 0,1 g de ozono por gramo de biomasa que contiene PHA o de composición de PHA parcialmente purificada, para decolorar o desodorizar la composición de PHA

Métodos para la separación y purificación de biopolímeros.

Antecedentes de la invención

La presente invención pertenece generalmente al campo de los procedimientos de separación para polímeros, y más específicamente a la purificación de polímeros derivados de fuentes biológicas.

Los polihidroxialcanoatos (PHA) son poliésteres termoplásticos que se pueden producir a partir de bacterias o planas (Williams y Peoples, CHEMTECH 26:33-44 (1996)). Estos polímeros se pueden recuperar de los sistemas biológicos (la biomasa) mediante procedimientos con disolventes orgánicos, procedimientos acuosos, o una combinación tanto de un procedimiento con disolventes orgánicos como acuoso. En las patentes U.S. nº 4.310.684 y nº 4.705.604 de Vanlautem et al. (extracción de PHB a partir de microbios con disolventes clorados), en la patente U.S. nº 4.968.611 de Traussnig et al. (uso de dioles, trioles acetalizados, ésteres de ácidos di- o tricarboxílicos o buritolactona para extraer poli-3-hidroxibutirato (PHB) y sus copolímeros a partir de microbios), en la patente U.S. nº 5.213.976 de Blauhut et al. (procedimiento para extraer PHB a partir de células microbianas usando cloruro de metileno seguido de la precipitación del PHB en agua), en los documentos PCT WO 97/15681, PCT WO 93/11656 (uso de acetona para extraer polímero de poli-3-hidroxioctanoato a partir de Pseudomonas oleovorans), PCT WO 96/06179 y PCT WO 97/15681 (métodos con disolventes para recuperar PHA a partir de cosechas de plantas transgénicas), y en la patente U.S. nº 5.821.299 de Noda (uso de mezclas de disolvente/no disolvente parcial para extraer PHA a partir de biomasa) se describen ejemplos de procedimientos conocidos de recuperación con disolventes orgánicos. Típicamente, en cada uno de estos procedimientos de la técnica anterior, algunos de los componentes de la biomasa se co-extraen con el PHA, lo que puede provocar que el producto de PHA se decolore y/o tenga un olor desagradable.

En algunos casos, es útil extraer los PHA a partir de la biomasa usando técnicas de procesamiento acuoso, en las que el polímero permanece en un estado de micropartículas, y la biomasa que no es PHA se solubiliza mediante tratamientos mecánicos, químicos y/o enzimáticos. Las partículas de PHA se separan entonces del material solubilizado usando centrifugación, filtración, flotación, u otros métodos conocidos.

El documento PCT WO 97/15681 describe el uso de ozono o peróxidos de alquilo como agentes químicos para modificar PHA, es decir, formar derivados de PHA, como parte de un procedimiento para extraer PHA a partir de biomasa de semillas para la producción de aceite. La referencia no dice cómo desodorizar, blanquear o degradar la biomasa que no es PHA.

El documento EP 0145233, por ejemplo, describe métodos acuosos para purificar un polímero de 3-hidroxibutirato microbiológico, en los que las células se tratan con calor a temperaturas por encima de 80ºC y después se digieren con enzimas, tensioactivos, y/o peróxido de hidrógeno. La patente U.S. nº 5.110.980 de Ramsey et al. describe el uso de hipoclorito para disolver la biomasa que no es PHA. La patente U.S. nº 5.691.174 de Liddell et al. describe un método para purificar poliésteres microbianos usando la combinación de peróxido de hidrógeno con un agente quelante. Sin embargo, la desventaja de estos métodos es que el tratamiento con el peróxido se debe de llevar a cabo a temperaturas elevadas, por ejemplo 80-180ºC, lo que requiere un intenso calentamiento y enfriamiento del producto, y, en algunos casos, requiere un equipo de alta presión. Además, frecuentemente se encuentra que el peróxido de hidrógeno es inestable en presencia de niveles elevados de biomasa celular, lo que da como resultado que el peróxido de hidrógeno se descomponga de forma no productiva en agua y oxígeno y genere una espuma voluminosa. Otro inconveniente es que las elevadas temperaturas prolongadas y el peróxido de hidrógeno también pueden provocar una disminución del peso molecular de los polímeros, y en algunos casos pueden promover la cristalización de los polímeros, lo que es indeseable para la producción de un látex polimérico amorfo.

Como se explica anteriormente, los PHA derivados de biomasa pueden tener olores desagradables. El documento PCT WO 94/02541 describe aditivos para enmascarar el olor procedente de los PHA producidos, por ejemplo como se describe en el documento EP 0145233 y en la patente U.S. nº. 5.691.174 de Liddell et al. Sería ventajoso eliminar el olor asociado con los PHA recuperados de la biomasa, particularmente si la eliminación del olor se pudiese llevar a cabo durante el procedimiento de recuperación, eliminando de ese modo la necesidad de aditivos que enmascaran el olor en la resina de PHA.

Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar métodos mejorados para purificar polihidroxialcanoatos derivados de biomasa.

Se describe cómo potenciar la extracción de polihidroxialcanoatos a partir de biomasa que contiene polihidroxialcanoatos usando sistemas de disolventes orgánicos, sistemas de disolventes acuosos, o sus combinaciones.

Se describen métodos de extracción que reducen la exposición de los polímeros de PHA a condiciones que pueden disminuir el peso molecular de los polímeros.

Es un objeto adicional de la presente invención eliminar olores en el procedimiento de recuperación de polihidroxialcanoatos a partir de biomasa.

Es otro objeto de la invención una composición de PHA según la reivindicación 17 aneja.

Sumario de la invención

Se proporcionan métodos para la recuperación y purificación de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de biomasa vegetal y microbiana que contiene PHA, en los que los métodos incluyen poner en contacto la biomasa o el PHA parcialmente purificado con entre 0,002 y 0,1 g de ozono por gramo de biomasa que contiene PHA o de PHA parcialmente purificado, en al menos una etapa de un procedimiento de purificación. El ozono tiene los efectos beneficiosos de (a) blanquear, (b) desodorizar, y (c) solubilizar impurezas, facilitando su eliminación de suspensiones o látex poliméricos acuosos. El tratamiento con ozono se puede usar solo o en combinación con otro tratamiento, extracción, y procedimientos de separación, y es especialmente adecuado para el tratamiento de látex, lechadas, suspensiones y disoluciones de disolventes orgánicos que contienen PHA. La etapa de la puesta en contacto con ozono se puede llevar a cabo ventajosamente a lo largo de un amplio intervalo de temperaturas, incluyendo temperaturas de procesamiento, por ejemplo entre alrededor de 1 y 40ºC, que son menores que las temperaturas de procesamiento usadas en métodos conocidos. El tratamiento con ozono de la biomasa que contiene PHA, del PHA parcialmente purificado, o del PHA extraído con disolventes, produce un mejor nivel de pureza polimérica adecuada para aplicaciones de revestimiento y otras aplicaciones. El tratamiento con ozono también tiene la ventaja añadida de que el polímero o látex polimérico de PHA resultante está esencialmente libre de olores.

Descripción detallada de la invención

Se han desarrollado métodos mejorados para la recuperación de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de biomasa que incluye PHA. Los métodos incluyen tratar la biomasa o el PHA parcialmente purificado con entre 0,002 y 0,01 g de ozono por gramo de biomasa que contiene PHA o de PHA parcialmente purificado, en al menos una etapa de un procedimiento de purificación. El tratamiento con ozono se puede aplicar de forma beneficiosa a los PHA procedentes de cualquier fuente, incluyendo los PHA extraídos usando disolventes orgánicos (por ejemplo, tratando una disolución de disolvente orgánico de los PHA), a fin de purificar y/o desodorizar adicionalmente los PHA.

Polihidroxialcanoatos

Los PHA se pueden producir en un número de sistemas biológicos, incluyendo bacterias y cosechas de plantas manipuladas mediante ingeniería genética. En sistemas bacterianos, los PHA se acumulan intracelularmente como cuerpos de inclusión granulares. El PHA también se puede producir en cosechas vegetales manipuladas mediante ingeniería genética. Los métodos para construir tales cosechas se describen, por ejemplo, en las patentes U.S. n^os 5.245.023 y 5.250.430 de Peoples y Sinskey, en la patente U.S. nº 5.502.273 de Bright et al., en la patente U.S. nº 5.534.432 de Peoples y Sinskey, en la patente U.S. nº 5.602.321 de John, en la patente U.S. nº 5.610.041 de Somerville et al.,...

1. Un método para purificar polihidroxialcanoatos (PHA) derivados de biomasa que comprende PHA, comprendiendo el método

poner en contacto una biomasa que contiene PHA o una composición de PHA parcialmente purificada con entre 0,002 y 0,1 g de ozono por gramo de biomasa que contiene PHA o de composición de PHA parcialmente purificada, para decolorar o desodorizar la composición de PHA.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el ozono se proporciona como un gas o líquido que contiene ozono.

3. El método de la reivindicación 1, en el que la biomasa deriva de una fuente microbiana o vegetal.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el PHA se selecciona del grupo que consiste en poli-3-hidroxibutirato, poli-3-hidroxipropionato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxioctanoato, poli-3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxipropionato, poli-4-hidroxibutirato, poli-5-hidroxivalerato, y poli-6-hidroxihexanoato.

5. El método de la reivindicación 1, en el que el PHA se proporciona como una lechada, látex o suspensión en agua.

6. El método de la reivindicación 5, en el que la concentración de PHA en la composición es entre alrededor de 1% y alrededor de 50% peso/vol.

7. El método de la reivindicación 1, en el que el PHA se proporciona en una disolución orgánica.

8. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de puesta en contacto con ozono se lleva a cabo a una temperatura entre alrededor de 1 y 40ºC.

9. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de puesta en contacto con ozono se lleva a cabo en presencia de al menos un aditivo funcional seleccionado del grupo que consiste en tensioactivos, detergentes, emulsionantes, dispersantes, agentes antiespumantes, agentes desespumantes, biocidas, modificadores de la viscosidad, y agentes de control del pH.

10. El método de la reivindicación 1, que comprende además tratar la biomasa usando al menos un procedimiento de tratamiento seleccionado del grupo que consiste en tratamiento térmico, homogeneización, microfluidización, tratamiento con proteasas, tratamiento con glicosidasas, tratamiento con peróxido de hidrógeno u otro peróxido inorgánico u orgánico, extracción con disolventes, centrifugación, filtración y diálisis.

11. El método de la reivindicación 10, en el que el procedimiento de tratamiento se lleva a cabo antes o después de la etapa de puesta en contacto con ozono.

12. El método de la reivindicación 2, en el que el ozono se rocía en la biomasa o en el PHA parcialmente purificado.

13. El método de la reivindicación 1, que comprende además usar sistemas de disolventes orgánicos, sistemas de disolventes acuosos, o una combinación de sistemas de disolventes orgánicos/acuosos.

14. El método de la reivindicación 13, en el que el PHA se extrae usando un disolvente orgánico eficaz para disolver una porción del PHA presente en la biomasa para formar una disolución orgánica de PHA, en el que las impurezas se ponen en contacto entonces con el ozono.

15. El método de la reivindicación 14, en el que el PHA purificado tiene un contenido de ceniza menor que 1,0% peso/peso tras la descomposición a 450ºC en aire.

16. El método de la reivindicación 14, en el que el disolvente se selecciona del grupo que consiste en cloruro de metileno, acetona, trioles acetalizados, ésteres de ácidos dicarboxílicos, ésteres de ácidos tricarboxílicos, butirolactona, cloroformo, y tricloroetileno.

17. Una composición de PHA decolorada y/o desodorizada que comprende PHA derivable de una biomasa microbiana o vegetal que contiene PHA que se pone en contacto con una cantidad eficaz de ozono para decolorar o desodorizar la composición, en la que la composición de PHA tiene un contenido de ceniza menor que 1,0% peso/peso tras la descomposición a 450ºC en aire.

18. El PHA de la reivindicación 17, en el que la composición de PHA se proporciona como un látex.