由重组宿主细胞生产的脂肪醇组合物的下游处理的制作方法
【专利说明】由重组宿主细胞生产的脂肪醇组合物的下游处理
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年3月7日提交的美国临时申请61/774,375的权益，其内容由 此全文并入。
[0003] 领域
[0004] 本发明涉及脂肪醇的下游处理。此处，本发明涵盖一种以高纯度和产率提供脂肪 醇的新的纯化方法。
[0005] 背景
[0006] 脂肪醇具有许多商业用途。较短链的脂肪醇作为乳化剂、润肤剂和增稠剂用于化 妆品和食品工业中。由于其两亲特性，脂肪醇相当于非离子表面活性剂，其可用于个人护 理和家用产品中，例如用于洗涤剂和清洁组合物中。此外，脂肪醇用于蜡、胶、树脂、药膏和 洗剂、润滑油添加剂、织物抗静电剂和整理剂、增塑剂、化妆品、工业溶剂和脂肪溶剂中。脂 肪醇（FALC)可获自棕榈油、棕榈仁油、植物油、大豆或牛油，然而财务和环境成本很高。当 FALC衍生自常规来源（例如植物油、棕榈油等）时，初始混合物包含大量杂质，包括游离脂 肪酸、脂肪酸甲酯（FAME)、重质脂肪-脂肪酯（例如长链分子，包括C20-C30)以及其它杂 质。
[0007] FALC也可获自微生物的发酵（培养），所述微生物经工程化以生产具有C6-C18链 长的FALC。在特定培养条件下，由微生物发酵液生产的粗FALC除FALC之外可包含特定杂 质。该类杂质包括但不限于游离脂肪酸（FFA);脂肪-脂肪酯（FFE);脂肪醛、脂肪酮和含羰 基的化合物；硫和金属化合物；水和其它杂质。通常将杂质从FALC中移除以满足最终产品 规格。FFA的移除（脱酸化）通常通过碱精制法（即，经由化学方法）和物理精制法（即， 经由FFA的蒸发）进行，例如在商业操作中。常规碱精制法并非不存在缺点；特别是在试图 从FALC中分离细碎分散且部分溶剂化的皂（例如C8-C18链长）（这在离心和随后的水洗期 间发生）时，碱精制法往往发生困难。一般而言，碱精制法受阻于不可接受的高醇损失和必 须通常单独的工艺步骤降低的FFE污染。此外，由于FALC、FFA和FFE具有类似的沸点，物 理精制几乎是不可能的。此外，FFA具有与FALC类似的链长分布且一些FFE的链长与FALC 重叠。因此，就商业规模而言，碱和物理精制法不适于移除存在于粗FALC中的FFA和FFE。 因此，需要更新且更好的方法以生产具有满足在特定产品中应用所需规格的所需特性（例 如纯度）的FALC。
[0008] 简述
[0009] 本发明的一个方面提供了一种纯化脂肪醇（FALC)的方法，包括：(a)提供包含 FALC和可皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；和（c)蒸发 第一混合物，从而产生富含FALC的第二混合物。在一个实施方案中，所述可皂化杂质包括 游离脂肪酸（FFA)、脂肪-脂肪酯（FFE)和含羰基的化合物。在另一实施方案中，所述强碱 包含0.3-0. 6重量％过量的氢氧化钠（NaOH)。在另一实施方案中，所述强碱通过中和FAA 和皂化FEE而减少FFA和FFE，其中皂化FEE产生用于中和的额外FFA以及额外的FALC。 所述强碱进一步减少了含羰基的化合物。在仍另一实施方案中，中和和皂化在约100-约 130°C的温度下在环境压力至约80托的部分真空下进行。在又一实施方案中，中和和皂化 实施约2-4小时。在仍另一实施方案中，第二混合物中的FFA的量小于约0. 03mg KOH/g样 品，且第二混合物中的FFE的量小于约0. 4mg KOH/g样品。在另一实施方案中，第二混合物 中的钠皂的量小于约20ppm。在第二混合物中获得的FALC通常具有约98%的纯度。
[0010] 本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，包括：(a)提供包含FALC和可 皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；(c)蒸发第一混合物， 从而产生富含FALC的第二混合物；和（d)用漂白剂漂白所述第二混合物，从而产生经漂白 的FALC。在一个实施方案中，所述漂白剂包括但不限于次氯酸盐、过氧化物、漂白土和吸收 剂。在另一实施方案中，所述漂白剂有效地移除金属化合物；有色体；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们的组合的痕量水平的额外杂质。
[0011] 本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，包括：(a)提供包含FALC和可 皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；(c)蒸发第一混合物， 从而产生富含FALC的第二混合物；（d)用漂白剂漂白所述第二混合物，从而产生经漂白的 FALC;和（e)用氢气和催化剂氢化所述第二混合物，从而产生氢化FALC。在一个实施方案 中，所述氢化包括但不限于一锅法浆液反应；浆液反应和随后的填充床反应；以及两个串 联的填充床反应。在另一实施方案中，所述方法进一步包括根据沸点分馏氢化的FALC，其中 分离链长相差两个或更多个碳的FALC。在另一实施方案中，氢化的FALC包含至少约50% 的012-(]18脂肪醇。
[0012] 本发明的另一方面提供了一种纯化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。所述原料可进一步包含至少0. 1-0. 5重 量％的含羰基的化合物。此外，所述原料可进一步包含小于1重量％的二醇化合物。所述 原料可进一步包含硫或至少一种含硫化合物和/或水。在一个实施方案中，所述原料为发 酵液的产物。在另一实施方案中，所述发酵液为大肠杆菌（E.coli)发酵液。在又一实施方 案中，所述原料具有约20mg KOH/g或更小的皂化（SAP)值。
[0013] 本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，包括：（a)提供包含FALC和可皂 化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；和（c)蒸发第一混合物， 从而产生富含FALC的第二混合物，其中蒸发在低于约150°C的温度下在约1托下进行。在 另一实施方案中，蒸发在低于约187°C的温度下在约5托下进行。在又一实施方案中，蒸发 在对应于C1S醇蒸气压的温度下进行。
[0014] 详细描述
[0015] 新纯化方法的开发提供了比已知碱精制法显著更高的脂肪醇产率，且用于生产具 有满足特定产品规格所需的特性（包括更高的纯度）的脂肪醇。该新方法包括中和和皂化 原料。因此，该新方法包括向包含脂肪醇（FALC)和可皂化杂质的原料中添加强碱。这种杂 质包括例如游离脂肪酸（FFA)、脂肪-脂肪酯（FFE)和含羰基的化合物。原料通常衍生自在 发酵液中生长的微生物。当将强碱添加至原料中时，其通过中和混合物中的FFA和皂化混 合物中的FFE而减少FFA和FFE。此外，所述强碱将混合物中的一些含羰基化合物氧化成 FFA，且将其它含羰基化合物还原成醛和酮，它们进一步分解成FFA。FFE的皂化导致产生额 外的FFA和FALC，其中再次将FFA中和且由此皂化。在某一时刻，所有FFA均转化成皂且富 含FALC。因此，使用过量强碱皂化FFE并中和FFA导致几乎所有FFA和几乎所有FFE转化 成皂，从而导致高度富含FALC的溶液。使用随后的脂肪醇的蒸发制得几乎不含FFA、FFE和 盐的高纯度FALC。申请人令人惊讶地发现，该简单的二步法导致了约98%纯度的FALC。因 此，本发明提供了一种由包含FALC和可皂化杂质的原料纯化FALC的新的和更好的方法。最 终的混合物富含FALC，其中最终的混合物中的皂（即，FFA的盐）的量小于20ppm。该新方 法制得了几乎不含FFA和FFE的FALC产物，其中FFA为约0. 1% (例如约0. 05%、约0. 03% 或约0. 01 % )，且其中FFE具有约0. 5的皂化（SAP)值（例如约0. 4、约0. 3或约0. 2)。
[0016] 原料可包含FALC和可皂化杂质（包括特定重量百分比（重量％ )的FFA、FFE和 /或含羰基化合物）的任何组合。在优选实施方案中，原料包含至少约0.5重量％ (例如至 少L 0重量％ )的FFE和/或至少约0· 5重量％ (例如至少L 0重量％ )的FFA和/或至 少约0. 5重量％ (例如至少1. 0重量％ )的含羰基化合物。原料通常包含小于约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。 原料也可包含其它组分和/或杂质，例如小于约1重量％ (例如小于0. 5重量％ )的二醇 化合物、硫、至少一种含硫化合物和/或小于约5重量％ (例如小于3. 5重量％ )的水。优 选地，原料具有约20mg(例如15mg、10mg、5mg或2mg)K0H/g或更小的阜化（SAP)值。原料 的一个实例包含小于约10重量％的FFA、小于约5重量％的FFE、小于约2重量％的含羰基 化合物、约250ppm的硫、约3. 5重量％的水和含C6-C18脂肪醇的剩余部分。在本发明的一 个实施方案中，原料为发酵液的产物。所述发酵液可例如为微生物发酵液，例如大肠杆菌发 酵液。微生物细胞优选经基因工程化以优化FALC生产。用于优化基因工程化微生物细胞内 的FALC生产的方法和组合物例如描述于美国公开专利申请2012/0142979、2011/0256599、 2011/0250663 和 2010/0105963 中。
[0017] 强碱为水解（例如完全水解）且可中和FFA和阜化FFE的任何碱。该类强碱通常 为第I或II族碱金属的氢氧化物。强碱包括例如氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化铯、氢氧化钠、 氢氧化锶、氢氧化钙、氢氧化锂和氢氧化铷。在一个优选实施方案中，强碱为氢氧化钠。强 碱可以以任何合适的浓度使用以中和FFA和皂化FFE。通常使用过量的强碱，例如约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％或更高的过量碱，相对于原料的总SAP值）。替代 地（或者此外），所用过量的强碱可为约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 小的过量碱，相对于原料的总SAP值）。因此，过量的强碱可为由任意两个上述端点限定的 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％