用于浸提微生物的組合物和方法
【專利摘要】本文中的實施方案涉及從懸浮培養(yǎng)物提取靶化合物的組合物、方法和用途。在某些實施方案中，懸浮培養(yǎng)物可以包括藻培養(yǎng)物。在一些實施方案中，組合物和方法包括在從懸浮培養(yǎng)物提取靶化合物之前團(tuán)聚研磨和干燥的來自所述培養(yǎng)物的生物質(zhì)。
【專利說明】用于浸提微生物的組合物和方法
交叉引用
[0001]本PCT申請要求2011年2月16日提交的美國臨時申請第61/443，336號的優(yōu)先權(quán)。將本申請出于全部目的完整并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的實施方案總體上報高了用于改進(jìn)從微生物培養(yǎng)物收獲的生物質(zhì)的浸出的方法和組合物。在某些實施方案中，組合物和方法涉及使用本文中報告的方法和裝置團(tuán)聚來自微生物懸液的基本干燥的生物質(zhì)。其他實施方案涉及用于在準(zhǔn)備時團(tuán)聚收獲和基本干燥的微生物以便加工或提取由微生物產(chǎn)生的靶化合物的方法。另外其他的實施方案涉及用于浸出或提取團(tuán)聚的培養(yǎng)物以便增加從微生物中回收生物質(zhì)或靶化合物的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]微生物可以用來產(chǎn)生具有潛在用途的許多副產(chǎn)物和產(chǎn)物，如但不限于用作燃料、生物燃料、藥物、營養(yǎng)藥、小分子、化學(xué)品、營養(yǎng)補充劑、飼料、飼料原料和食品。為了產(chǎn)生和分離這些產(chǎn)物，可以將培養(yǎng)物在進(jìn)行加工以回收所需化合物之前濃縮至升高的細(xì)胞密度。另外，提取工藝可以用來分離或濃縮這些產(chǎn)物。
[0004]高效利用微生物以生產(chǎn)產(chǎn)品可能是具有挑戰(zhàn)性的。例如，就生產(chǎn)藻類生物燃料而言，存在可用于從藻類提取化合物的少數(shù)具有成本效益且高效的分離技術(shù)。存在導(dǎo)致缺少高效分離技術(shù)的幾種因素。例如，處置干燥或半干燥固體物料，包括研磨的藻類，可以導(dǎo)致離析，如物料堆成一堆時可以見到；物料的較大粒子從料堆滾下，而尺寸較小的物料停留在頂部附近。此外，未固結(jié)的細(xì)小且粗糙物料的存在可能導(dǎo)致在氣動或機械處置期間粒子的離析。如果進(jìn)行沖洗，則在未固結(jié)范圍的粒子之間的微粒子可能在料堆內(nèi)遷移和離析，導(dǎo)致滲漏問題。微粒子的存在可能導(dǎo)致局限化偏好性流動(溝流)、堵塞流體流動的區(qū)域(堵塞或填塞)和液體匯集(漫灌)。這種粒子離析可能在提取和/或加工期間造成問題。
發(fā)明簡述
[0005]本發(fā)明的實施方案總體上報告了用于從懸浮培養(yǎng)物獲得的生物質(zhì)的方法和組合物。在某些實施方案中，組合物和方法涉及改進(jìn)的浸出方法。其他實施方案涉及用于從微生物提取產(chǎn)物和/或生物質(zhì)的組合物、方法和使用。一些實施方案涉及懸浮組合物，其包括，但不限于微生物如藻類、細(xì)菌、酵母、真菌和水中懸浮的固形物及廢水顆粒狀物(wastewater particulate)。另外的其他實施方案可以涉及使用團(tuán)聚技術(shù)從液體高效分離生物質(zhì)或從生物質(zhì)(例如藻類)分離靶化合物的系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明的一些實施方案涉及從生物質(zhì)(如微生物生物質(zhì))提取靶化合物，如生物燃料。根據(jù)這些實施方案，將懸浮的培養(yǎng)物(例如，藻類)干燥和磨碎，產(chǎn)生細(xì)屑和其他小粒子。使用這些小粒子產(chǎn)生團(tuán)聚粒子。在一些實施方案中，小粒子保持其大部分的單個表面區(qū)域。隨后借助浸出技術(shù)從團(tuán)聚粒子提取靶化合物。
[0007]在其他實施方案中，通過以下方式團(tuán)聚來自懸浮培養(yǎng)物的干燥和研磨的生物質(zhì):在具有液體的裝置中碾壓至少部分干燥的懸浮培養(yǎng)物，可選地，其中將所述液體逐滴施用至所述培養(yǎng)物，并且形成生物質(zhì)粒子的凝塊或團(tuán)塊從而由此團(tuán)聚所述生物質(zhì)。至少部分干燥的懸浮培養(yǎng)物可以暴露于通過空氣的熱、光、微波、可見光、紅外線、其他電磁輻射或其他能量源以便使生物質(zhì)或懸浮培養(yǎng)物進(jìn)一步脫水。
[0008]在一些實施方案中，在團(tuán)聚后干燥期間調(diào)節(jié)環(huán)境壓力以促進(jìn)生物質(zhì)的脫水。
[0009]另外的其他實施方案報告了被用于加工的培養(yǎng)物和與非團(tuán)聚的培養(yǎng)物相比，當(dāng)暴露于反應(yīng)性或非反應(yīng)性試劑時具有改進(jìn)滲透性的那些培養(yǎng)物。
[0010]其他實施方案報告了暴露于氣體的培養(yǎng)物，可選地，其中該氣體是不可燃?xì)怏w；并且其中團(tuán)聚的培養(yǎng)物與該氣體形成不可燃混合物
[0011] 在某些示例性方法中，團(tuán)聚的培養(yǎng)物進(jìn)一步暴露于溶劑并且提取團(tuán)聚粒子的產(chǎn)物。在這些實施方案中，與從非團(tuán)聚培養(yǎng)物中提取產(chǎn)物相比，提取團(tuán)聚培養(yǎng)物的產(chǎn)物的速率改進(jìn)。
[0012]在一些實施方案中，在大氣壓下團(tuán)聚后干燥的溫度是從32華氏度(O攝氏度)至150華氏度，但是處于這樣的選擇溫度，其低于提取的靶化合物降解的溫度。當(dāng)壓力是大氣壓時，該溫度可以是70華氏度或更高，但是小于150華氏度。
[0013]在某些實施方案中，該壓力低于大氣壓并且該溫度低于在大氣壓的溫度，以便降低降解培養(yǎng)物的靶產(chǎn)物的風(fēng)險。
[0014]在其他實施方案中，將培養(yǎng)物噴霧干燥。
[0015]在另外的其他實施方案中，懸浮組合物包括但不限于藻類、細(xì)菌、酵母、真菌和水中懸浮的固形物，或廢水顆粒狀物。
[0016]在一些實施方案中，將粘合劑用于團(tuán)聚粒子。粘合劑可以包括玉米淀粉、海藻酸鹽、葡萄糖、蔗糖、果糖或其他糖、木質(zhì)素、聚合物粘合劑或糖類。一些實施方案使用不溶性粘合劑。在其他實施方案中，團(tuán)聚粒子時，可以使用水或培養(yǎng)物的水質(zhì)懸液。
[0017]在某些例子中，液體對培養(yǎng)物的比率可以是預(yù)定比率。
[0018]如本文中公開的團(tuán)聚培養(yǎng)物可以包括50%或60%、或70%或80%或90%或更多者具有大于300微米直徑的粒子。
[0019]在一些實施方案中，通過團(tuán)聚粒子的強度和穩(wěn)定性選擇團(tuán)聚條件。
[0020]其他實施方案包括一種從源自懸浮培養(yǎng)物的生物質(zhì)提取一種或多種靶化合物的方法，包括將團(tuán)聚的懸浮培養(yǎng)物施加至分離裝置并且從團(tuán)聚的懸浮培養(yǎng)物提取靶化合物。該分離裝置可以是具有高長寬比的柱，任選地，其中高度對寬度比率大于1，其中溶劑對溶質(zhì)的效率隨比率增加而增加。
[0021]某些實施方案利用一種用于團(tuán)聚懸浮培養(yǎng)物的裝置，所述裝置包括能夠接收水或其他試劑的容器，所述容器能夠在至少一個方向移動，以及與能夠從一個位置移動至另一個位置的容器連接的支座(support)。
[0022]一些實施方案包括一種用于評估藻球粒的壓縮強度的裝置，包括具有至少一個滯留篩層和排水管的團(tuán)聚物試驗裝置，例如，如圖6A-6E中所述，其中所述裝置能夠評估藻球粒的壓縮強度。此外，本文中構(gòu)思的試驗可以在用于提取藻材中一種或多種靶分子的一種或多種溶劑存在下實施。
[0023]在其他實施方案中，從生物質(zhì)提取靶化合物?？梢詫⑸镔|(zhì)干燥并隨后磨碎以產(chǎn)生細(xì)屑。可以團(tuán)聚細(xì)屑以產(chǎn)生團(tuán)聚粒子?？梢噪S后使溶劑滲入團(tuán)聚粒子以提取一種或多種靶化合物。
[0024]在一些實施方案中，使用逆流浸出技術(shù)。
[0025]在某些實施方案中，生物質(zhì)可以在95°C和120°C之間的溫度干燥。
[0026]在其他實施方案中，在團(tuán)聚細(xì)屑的同時，調(diào)節(jié)環(huán)境壓力以促進(jìn)生物質(zhì)的脫水。
[0027]在一些實施方案中，團(tuán)聚粒子暴露于范圍從85華氏度至多到150華氏度的溫度。
[0028]在某些實施方案中，將第一溶劑用來提取第一靶化合物，并且將第二溶劑用來提取第二靶化合物。
[0029]在其他實施方案中，團(tuán)聚細(xì)屑以產(chǎn)生團(tuán)聚粒子可以包括在施加潤濕溶液(或不溶性粘合劑)的同時轉(zhuǎn)動細(xì)屑。
[0030]在另外的其他實施方案中，可以將溶劑在約35°C至恰好35°C施加至團(tuán)聚粒子。
[0031]在某些實施方案中，團(tuán)聚粒子與中性基底連接。中性基底的例子可以包括但不限于塑料、巖石、金屬或其他適合材料的粒子。
[0032]在某些實施方案中，在碾磨后但在團(tuán)聚之前的粒子可以具有1500微米或更小的直徑，或850微米或更小的直徑 ，或300微米或更小的直徑。
[0033]在一些實施方案中，可以在團(tuán)聚之前移除小于300微米的細(xì)屑。在其他實施方案中，可以進(jìn)一步加工子等于或小于300微米的團(tuán)聚粒用于靶產(chǎn)物提取。
[0034]本文中的其他實施方案包括其中50%或60%、或70%或80%或90%或更多者具有大于300微米直徑的團(tuán)聚培養(yǎng)物。
[0035]在一些實施方案中，團(tuán)聚粒子可以在亞大氣壓產(chǎn)生。
附圖簡述
[0036]圖1表示作為時間的函數(shù)，在各種干燥溫度和研磨粒度條件下從干燥的藻類中浸出回收脂類的曲線。
[0037]圖2表示作為粒度的函數(shù)，從干燥的藻類中浸出回收己烷的曲線。
[0038]圖3表示示例性團(tuán)聚裝置的圖示。
[0039]圖4A和圖4B表示其他示例性團(tuán)聚裝置的圖示。
[0040]圖5表示在增加液體添加量(其表述為液體質(zhì)量對藻類干質(zhì)量的比例)后形成的團(tuán)聚物的圖示。
[0041]圖6A-6E顯示本文中報告的某些實施方案的示例性裝置。
[0042]圖7表示對玻璃柱中由溶劑潤濕的團(tuán)聚藻類的描述。
[0043]圖8表示使用各種浸出劑施加速率時，來自己烷浸出各種床高度的團(tuán)聚粒子柱的脂類物質(zhì)產(chǎn)率的示例性曲線。
[0044]圖9表示來自提取物的脂肪酸的示例性氣相色譜分析，所述提取物來自各種條件下溶劑浸出干燥和團(tuán)聚的藻類。
[0045]圖10表示在高柱中短持續(xù)時間在高溶劑施加速率，隨后在低施加速率下的浸提。
[0046]圖11表示來自圖10從洗脫開始至4.5小時的數(shù)據(jù)。
[0047]圖12表示己烷浸提物的氣相色譜分析，其復(fù)合作為時間的函數(shù)。
[0048]圖13表示在高柱試驗中高流量施加速率的變動持續(xù)時間情況下的浸提。
[0049]圖14表示來自圖13的數(shù)據(jù)，其顯示高柱試驗中開始12小時浸提的詳細(xì)視圖，說明減弱的溶劑施加速率對計重產(chǎn)率的影響。
[0050]圖15表示來自柱浸出試驗的總己烷浸提物的示例性氣相色譜分析。
[0051]圖16表示在各種柱高度和沖洗速率時干燥和團(tuán)聚的藻類的初次和二次浸出的示例性曲線。
[0052]圖17表示采用極性和非極性溶劑時，來自藻類浸提物的薄層層析(TLC)平板的照片。
[0053]圖18說明液體對固形物比率對采用溶劑(例如己烷)攪拌浸出干燥藻類的一些影響。
[0054]圖19表示在以不同的床高度和極性溶劑施加速率二次浸出干燥藻類期間的計重產(chǎn)率。
【具體實施方式】
[0055]在以下部分中，描述各種示例性組合物和方法以便詳述多種實施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，實施多種實施方案不需要采用全部或甚至一些在本文中概述的具體細(xì)節(jié)，反而可以通過常規(guī)實驗調(diào)節(jié)濃度、時間和其他具體細(xì)節(jié)。在一些情況下，在說明書中不包含熟知的方法或組分。
[0056]如本文所用，“懸浮培養(yǎng)物”可以指直至收獲時間的培養(yǎng)物。
[0057]如本文所用，“生物質(zhì)”指其中培養(yǎng)基已經(jīng)基本上從培養(yǎng)物中移除(例如，干燥的培養(yǎng)物)的懸浮培養(yǎng)物。生物質(zhì)可以由任何方法貯存任何時間段或立即地使用，例如，用于提取靶化合物。
[0058]如本文所用，“流體”可以意指液體或氣體。例如，溶劑流體可以是液體并且干燥用流體可以是氣體。
[0059]如本文所用，“團(tuán)聚”可以意指來自懸浮培養(yǎng)物的干燥和研磨的生物質(zhì)借助本文所述的某些實施方案結(jié)塊。此外，如本文所用的“團(tuán)聚”可以涉及來自懸浮培養(yǎng)物的干燥和研磨的生物質(zhì)的細(xì)屑接合成較大粒子，從較小粒子產(chǎn)生較大粒子，或使粒子接合至其他物質(zhì)，如中性基底。
[0060]一些本發(fā)明的實施方案涉及使用團(tuán)聚和/或浸出技術(shù)從生物質(zhì)提取靶化合物，其中所述的團(tuán)聚和/或浸出技術(shù)增加提取溶劑穿過已經(jīng)從細(xì)胞培養(yǎng)物收獲的生物質(zhì)的流速。根據(jù)這些實施方案，團(tuán)聚的生物質(zhì)可以在攪拌、流體填充或堆積床浸出裝置中使用，以便在降低成本和增加生產(chǎn)情況下增加靶化合物的提取。靶化合物可以包括但不限于產(chǎn)物、化學(xué)化合物、生物燃料、小分子、營養(yǎng)補充劑和飼料原料。示例性生物質(zhì)材料可以包括但不限于藻類、細(xì)菌、酵母、真菌、水中懸浮的固形物和廢水顆粒狀物。雖然幾個實施方案中使用了源自懸浮培養(yǎng)物的生物質(zhì)，也可以使用其他生物質(zhì)來源，如作為墊或固結(jié)物質(zhì)所培育的已收獲生物質(zhì)。
[0061]在一些實施方案中，懸浮培養(yǎng)物可以是藻類培養(yǎng)物。這些實施方案中所用的藻類可以包括靜止物種、懸浮的運動物種或組合。藻類物種的例子可以包括但不限于微擬球藻屬物種(Nannochloropsis spp.),而其他物種包括但不限于,海藻，例如糖海藻物種(Saccharina spp.)。本文中構(gòu)思任何微生物培養(yǎng)物。例如,藻類可以產(chǎn)生多種化合物,包括幾種產(chǎn)業(yè)中所用的脂質(zhì)化合物。脂類可以在藻生活周期的各個階段期間產(chǎn)生。已經(jīng)培育各種物種的藻類并且因其脂質(zhì)內(nèi)容物連同其他而收獲，所述脂質(zhì)內(nèi)容物由細(xì)胞產(chǎn)生并且主要位于細(xì)胞壁中以及作為儲藏產(chǎn)物位于細(xì)胞內(nèi)部。在回收靶化合物之前，可以將具有目的化合物或產(chǎn)物的培養(yǎng)藻類采集并濃縮或“脫水”。
[0062]所靶向的化合物可以使用浸提技術(shù)從培養(yǎng)的生物(例如藻類、細(xì)菌等)提取。在浸提期間，溶劑可以用來從生物中釋放靶分子。從藻培養(yǎng)物收獲的非極性組分，例如，可以包括但不限于三甘油酯、二酰甘油、單酰甘油、多不飽和脂肪酸(PUFA)和游離脂肪酸(FFA)和本領(lǐng)域已知的其他分子?？梢詮脑迮囵B(yǎng)物收獲的極性組分例如可以包括但不限于磷脂、二十碳五烯酸(二十碳五烯酸)、二十二碳四烯酸(adrenic acid)、二十二碳六烯酸(不飽和脂肪酸二十二碳六烯酸)，二十二碳五烯酸(DPA)和二十碳四烯酸(花生四烯酸或ARA)以及本領(lǐng)域已知的由藻類產(chǎn)生的其他極性分子?？蛇x地或連同這些提取物，一些實施方案子在缺少一種或多種極性或非極性靶分子(例如，PUFA)的情況下進(jìn)行。根據(jù)這些實施方案，可以通過本文所公開的方法在具有少量或附帶量多不飽和脂肪酸(PUFA)(例如，C20:4和C20:5)的環(huán)境下產(chǎn)生并分離目標(biāo)飽和脂肪酸。[0063]在某些實施方案中，可以將藻類在水溶液中加工或在部分或基本不存在水的情況下干燥用于加工。已經(jīng)展示可以在更好回收脂質(zhì)組分的某些溫度改進(jìn)藻類的干燥以便回收脂類。根據(jù)這些實施方案，可以將藻類在范圍從85°C至100°C的溫度或甚至在大于100°C的溫度(例如約112°C)干燥。在一個例子中，將藻類在單獨試驗維持于65、75、85和100攝氏度(°C)的溫度干燥并且隨后將固化的物質(zhì)破碎并研磨。隨后在己烷中攪拌浸出大小選擇過的部分(通過Imm篩但被850微米篩留下的那些，即-lmm+850 μ m)以便與未在這些干燥溫度維持的培養(yǎng)物比較以及在選擇的溫度之間比較。還包括一份藻類樣品，所述樣品在100°C干燥，但也含有尺寸均小于300微米的粒子分布。見，例如圖1。
[0064]在某些實施方案中，干燥可以通過施加入射光或其他能量(例如微波)、通過施加熱或通過使環(huán)境空氣或加熱的空氣穿透團(tuán)聚材料或在其上方經(jīng)過來實現(xiàn)。干燥過程可以用來增加后續(xù)浸提。這可以通過從細(xì)胞膜移走液體以減少稀釋并且通過溶劑增加滲透來實現(xiàn)，因此允許溶劑更好觸及目的化合物，因此增加使用溶劑施加時的浸提。所維持或達(dá)到峰水平的具體干燥溫度可以優(yōu)化用于改善化合物的浸提。在后續(xù)浸出中，發(fā)現(xiàn)在高于85°C、尤其在100°至112°C范圍內(nèi)的溫度干燥的藻類提供了例如來自微擬球藻屬物種的改進(jìn)脂質(zhì)提取。見，例如圖1。比生物質(zhì)中所含組分開始分解的溫度高的干燥溫度是次優(yōu)的，例如，在大約148°C干燥的微擬球藻屬物種黑化，顯燒焦氣味，并且產(chǎn)生幾乎黑顏色的己烷浸提物(數(shù)據(jù)未顯示)。
[0065]根據(jù)一些實施方案，將干物質(zhì)含量范圍從約1%_99%的生物質(zhì)濾餅干燥直至濾餅具有范圍從約90%-100%的干物質(zhì)含量。根據(jù)一些實施方案，可以將生物質(zhì)在大約85°C處或高于大約85°C的溫度，或在大約100°C或高于大約100°C或更高溫度干燥。根據(jù)這些實施方案，可以在巴氏滅菌溫度以上干燥生物質(zhì)，從而生物質(zhì)可以在不作巴氏滅菌的情況下加工。根據(jù)一些實施方案，加工生物質(zhì)可能需要細(xì)胞破碎和/或滲透。在那些實施方案中，可以通過干燥過程提供細(xì)胞滲透，所述干燥過程使胞膜收縮并且消除疏油行為并且使非極性溶劑滲透成為可能。此外，在干燥過程(和/或初始處置過程)期間，可以產(chǎn)生非常小的粒子(例如，“細(xì)屑”)，這些粒子可能有助于后續(xù)研磨過程，如下文描述。
[0066]根據(jù)一些實施方案，將培養(yǎng)物(例如，藻類)以高效提取目的化合物的方式加工。例如，研磨干燥的微生物(例如，藻類)以形成較小尺寸的粒子，所述粒子使得與后續(xù)溶劑(例如，浸出劑)更好發(fā)生流體接觸成為可能。此外，如果將生物質(zhì)高度干燥，則小粒子(例如、粉塵、薄片或細(xì)屑)可以幫助研磨已經(jīng)充分細(xì)小和具有所需尺寸的生物質(zhì)。那些較小粒子可以隨后形成復(fù)合(如，團(tuán)聚)粒子，如下文更詳細(xì)地描述。同時，甚至當(dāng)較小粒子團(tuán)聚成較大粒子時，仍可以在團(tuán)聚粒子內(nèi)部輕易地識別(例如，肉眼識別)那些較小粒子，表明可以利用較小粒子的表面積用于更好的溶劑接觸。見，例如圖20。因此，團(tuán)聚粒子，作為較小粒子的復(fù)合體，具有例如比通過例如擠出工藝所形成的圓柱形粒子更大的表面積。
[0067]這種工藝的一個方面是細(xì)尺寸級分(也稱作“細(xì)屑”)在稱作團(tuán)聚的過程中接合成較大粒子。如此形成的粒子稱作“團(tuán)聚物”或“球?！?。團(tuán)聚物是中微粒子裝配成較大粒子和/或彼此固定的粒子聚集物。這種固定可以是半永久性接合并且不同于藻細(xì)胞在含水懸浮培養(yǎng)物中在弱吸引力影響下的絮凝或結(jié)塊。這些絮凝物(“絮狀物”)或大團(tuán)細(xì)胞在水懸液中形成并且在藻類的干燥中幾乎沒有用處，因為弱吸引力不能夠在移除水后存在。類似地，盡管干燥微粒子可以帶有靜電荷并且暫時地相互吸引，但是用提取溶劑潤濕時，這種效應(yīng)無法持久。為了可用于藻類的提取加工，粒子-粒子接合應(yīng)當(dāng)保持占優(yōu)并和有效并且防止微粒子解脫和移動。
[0068]在某些實施方案中，微生物的團(tuán)聚可以包括使用干燥及破碎或研磨的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)通過在容器中碾壓而攪拌。本文中構(gòu)思使用的容器可以包括但不限于管、桶、筒或轉(zhuǎn)盤。在某些實施方案中，可以將液體逐滴或以另一種方式施加至懸浮培養(yǎng)物。一些實施方案使用離散液體滴用于局部潤濕粒子，所述粒子隨后形成接合其他粒子的核心。
[0069]在一些實施方案中，團(tuán)聚可以使用藻類的天然存在或內(nèi)源組分實現(xiàn)，其中當(dāng)與水組合時，所述組分能夠接合和結(jié)合粒子。因此，在這些實施方案中，當(dāng)產(chǎn)生團(tuán)聚粒子時，僅向藻類添加水。在其他實施方案中，水中的細(xì)胞懸浮培養(yǎng)物可以作為液體添加以引起其他的干燥生物質(zhì)團(tuán)聚，避免需要將懸浮的細(xì)胞與水分離。當(dāng)將這種液體添加至干燥和研磨的生物質(zhì)時，添加的水分實現(xiàn)微粒 子的接合，并且可以在浸出之前通過干燥移除額外水分。其他實施方案利用可以向意圖用于填充床提取的物料添加，旨在形成團(tuán)聚物的粘合劑，其中所述粘合劑引起團(tuán)聚或增加團(tuán)聚速率等。本文中構(gòu)思使用的一些粘合劑包括但不限于糖、淀粉、玉米淀粉、糖蜜、海藻酸鹽、葡萄糖、蔗糖、果糖或其他糖、木質(zhì)素、聚合物粘合劑等或其他已知的粘合劑。根據(jù)這些實施方案，粘合劑應(yīng)當(dāng)不溶于浸出劑中以便實現(xiàn)團(tuán)聚或根據(jù)條件和待求得的靶化合物，是可溶的。
[0070]在一些實施方案中，在碾磨后但在團(tuán)聚之前的粒子可以具有1500微米或更小的直徑，或850微米或更小的直徑，或300微米或更小的直徑等。在團(tuán)聚后，粒子可以是直徑300微米或更大，或直徑500微米或更大，或直徑2000微米至5000微米或更大。本文中的其他實施方案包括其中50%或60%、或70%或80%或90%或更多者大于300微米的團(tuán)聚培養(yǎng)物。因此，可以將微生物磨碎、切削、粉碎等成使與溶劑接觸更多成為可能的小尺寸。
[0071]在一些實施方案中，團(tuán)聚的培養(yǎng)物經(jīng)歷進(jìn)一步加工。例如，團(tuán)聚的培養(yǎng)物可以通過(或進(jìn)一步干燥)通過施加至團(tuán)聚培養(yǎng)物的熱或空氣(或二者)來干燥，這可以改善團(tuán)聚粒子(團(tuán)聚物)對物理和化學(xué)接觸的穩(wěn)健性并且改善靶化合物的后續(xù)浸出回收。團(tuán)聚后干燥的溫度可以與初始干燥生物質(zhì)的溫度相同:在大氣壓時，該溫度可以范圍從32華氏度(O攝氏度)至多到藻類中所需化合物降解的溫度。根據(jù)這些實施方案，在環(huán)境壓力干燥一些藻類物種的情況下，一種干燥溫度可以大于85華氏度但是小于150華氏度。從環(huán)境壓力下降可以降低進(jìn)行干燥的溫度。如果所需的，這可以用來實現(xiàn)基本干燥至完全干燥的團(tuán)聚物，而不造成易降解化合物降解。
[0072]—些實施方案涉及含有藻類的溶液的噴霧干燥，以產(chǎn)生優(yōu)勢為干燥藻類的粒子，以便將它們準(zhǔn)備好用于優(yōu)化的固定床浸出，如本文所述。借助噴霧干燥制品團(tuán)聚物減少了預(yù)干燥和研磨藻類的需要?？赡苄枰~外的噴霧干燥或其他團(tuán)聚處理，例如施加碾壓作用，以便隨后團(tuán)聚噴霧干燥的粒子，以產(chǎn)生合乎需要的粒度，同時在置入填充床時具有增加較大的孔徑。在其他實施方案中，可以通過以下方式實現(xiàn)藻類的團(tuán)聚:將藻溶液噴霧干燥并且將培養(yǎng)物團(tuán)聚，同時為后續(xù)優(yōu)化的填充床浸出而移除水。用于這些實施方案中的噴霧干燥技術(shù)包括在噴霧干燥空氣流中或來自其中的溫控干燥。在其他實施方案中，用來干燥藻類的溫度變化可以用來優(yōu)化后續(xù)浸提。一旦實現(xiàn)所需的細(xì)屑接合，則可以移除團(tuán)聚期間所用的水，例如，通過后續(xù)干燥移除。
[0073]因此，在一些實施方案中，潤濕的濃縮細(xì)胞可以在適于如上文所述的目的懸浮培養(yǎng)物的預(yù)定溫度干燥。一旦干燥，可以將這些培養(yǎng)物研磨成預(yù)定的粒子分布尺寸并且如本文所述那樣團(tuán)聚。任選地，在團(tuán)聚后，根據(jù)需要，某些實施方案提供在與開始確定的相似溫度范圍處再干燥。本文中施用了可以使用一個或多個干燥步驟以便實現(xiàn)適于提取懸浮培養(yǎng)物的靶化合物的基本干燥的團(tuán)聚物。
[0074]在某些實施方案中，將團(tuán)聚粒子置于床中以便用向上或向下的溶劑流浸出。微粒子與其他微粒子以及與較大粒子的接合以增加有效平均粒度可以使得細(xì)小物料更抵抗由流體流動從浸出床帶走。因此，一些實施方案使用團(tuán)聚技術(shù)，所述團(tuán)聚技術(shù)實現(xiàn)粒子半永久性聚集和團(tuán)聚以形成較大粒子并且防止較細(xì)小粒子在填充床內(nèi)部移動和轉(zhuǎn)運以充分維持穿過填充床的流體流動。以這種方式，這些實施方案維持更均一和可滲透的粒子床并且在浸出期間防止所述粒子的離析和遷移，所述離析和遷移可能導(dǎo)致溶劑偏好流向一些區(qū)域(即，“溝流”)和減少流向其他區(qū)域(例如，“填塞”)。此外，通過維持粒子之間遍及物料床(也稱作“填充床”、“固定床”或簡單地“床”)各處相對開放的間隙(稱作“孔”)，可以均勻地施加溶劑遍及填充床各處，這可以增加可分離化合物的回收。在一些實施方案中，生物質(zhì)粒子(例如，細(xì)屑)可以與非反應(yīng)性固體如中性基底團(tuán)聚。非反應(yīng)性固體充當(dāng)結(jié)構(gòu)體以在后續(xù)浸出過程期間維持填充床結(jié)構(gòu)。
[0075]一些實施方案涉及使用固定床浸出。使用固定床浸出構(gòu)造允許充分區(qū)別的依次浸出。在使用提取化合物的第一溶劑提取后，如果需要，柱可以用氣流干燥，隨后可以施加第二溶劑，所述第二溶劑優(yōu)勢地提取與第一溶劑不同的化合物。這些方法可以避免一種浸出劑污染另一種浸出劑或混入可能影響靶化合物加工的浸出劑。在某些實施方案中，固定床浸出中的團(tuán)聚藻類允許簡化從一種溶劑至一種不同溶劑的轉(zhuǎn)換。根據(jù)這些實施方案，可以在己烷后接著采用乙醇(可以使用非極性或極性溶劑)，這可以允許簡化化合物的分離。溶劑的這種分離可以避免混合溶劑和浸出化合物的昂貴處理后分離。在一些實施方案中，選擇多種溶劑，從而它們可以混合在一起并同時施加。
[0076]在施加最后的第二 (或第三、第四等)溶劑后，該床可以用溶劑沖洗，并且可選地，在卸載之前再次干燥。本文中構(gòu)思了可以混合溶劑，例如，兩種或更多種溶劑可以混合并且用于本文所述的任何提取過程中(例如，己烷和乙醇、甲醇、氯仿等)。因此，通過在可透性填充床中處理，具有優(yōu)選化學(xué)特征(例如極性和非極性)的各種溶劑可以依次地施加以從樣品物質(zhì)(也稱作“裝料”)中提取不同的目的化合物。這種依次施加多個溶劑類型允許單獨回收和分離所提取的產(chǎn)物。這種分離對于降低純化和分離一種化合物與另一種化合物的后續(xù)成本是合乎需要的。依次浸出也可以為產(chǎn)生更純的產(chǎn)品、靶化合物或生物燃料提取物提供機會。在某些實施方案中，可以在靶化合物浸出之前，從團(tuán)聚的培養(yǎng)物中洗脫或移除不想要的化合物。
[0077]在一些實施方案中，溶劑用于其中溶劑浸透聚集粒子的滲濾系統(tǒng)中，而非用于其中溶劑用來覆蓋生物質(zhì)粒子的系統(tǒng)中。使用滲濾系統(tǒng)允許溶劑在它穿過聚集粒子(例如，在構(gòu)成聚集粒子的較小粒子周圍)時溶解溶質(zhì)。聚集粒子可以在聚集粒子頂部引入溶劑時按豎直位置取向，從而重力可以牽引溶劑穿過聚集粒子并穿過其基部(例如，底部)流出。在這些實施方案中，溶劑可以使用僅一次(例如，無需再循環(huán))，這減少所需的時間和溶劑的量。在其他實施方案中，可以使溶劑循環(huán)穿過床以增加提取的化合物的濃度，例如以達(dá)到所需的溶質(zhì)濃度或以減少待加工分離的溶劑和溶質(zhì)的量。在一些實施方案中，浸出時間可以是大約24小時或更短。
[0078]根據(jù)一些實施方案，團(tuán)聚可以改善溶劑和其他流體穿過填充床的流體流動。團(tuán)聚粒子床內(nèi)部改善的流體流動可以改善溶劑提取(浸出回收率)、增加產(chǎn)率并增加從填充床中的物料中回收所需組分的效率。改進(jìn)的穿過團(tuán)聚粒子填充床的流體流動可以增加來自浸出操作的提取程度和速率。團(tuán)聚對滲濾和床孔隙度的改善可以增加在浸出和對潛在可燃性溶劑的其他操作期間的安全性，例如，通過浸出后樣品的吹掃或干燥。另外，可以通過用氣體漫灌固定床孔的能力改進(jìn)安全性，其中所述氣體與可燃性溶劑產(chǎn)生不可燃混合物。本文中構(gòu)思使用的不可燃流體包括但不限于氮或二氧化碳。本文中構(gòu)思使用的可燃性溶劑包括但不限于己烷和乙醇。
[0079]在攪拌式浸出構(gòu)造中的使用團(tuán)聚藻類粒子可以改善浸出后粒子的濾過性。通過改善濾過性，可以回收更多浸出劑和靶化合物。另外，通過提供改善的滲濾和排泄特征，團(tuán)聚減少留在固體中或者過濾的物料或填充床中的浸出劑和/或淋洗劑的量。此外，可以在浸提之前和在此期間處理藻類以改善所靶向化合物的回收。那些處理包括在藻類干燥期間維持溫度，維持經(jīng)歷浸出的藻類固形物的粒度，維持浸出期間液體對固體(“L/S”)的質(zhì)量比率和維持溶劑或“浸出劑”的溫度。下文更詳細(xì)地描述這些處理中的某些。
[0080]其他實施方案涉及不同的溶劑對固態(tài)物質(zhì)比率以便優(yōu)化從生物質(zhì)中提取產(chǎn)物。在一些實施方案中，液體對固體(L/S)比率的最佳組合或范圍可以通過在各種L/S比率時的浸出試驗來確定。使用最佳L/S比率條件可以使得從滲濾液內(nèi)所提取的化合物中蒸餾出過量溶劑的高耗能過程最少化，同時確保存在溶劑以便在浸出期間在填充床或攪拌浸出構(gòu)造中實現(xiàn)所需化合物的充分回收。
[0081]本文中提出的一些實施方案涉及使用高長徑比在固定床構(gòu)造中浸出。高長徑比可以大于I長度對直徑(length-to-diameter),或是5,或10或更大。這種可以通過最小化浸出劑的量，同時優(yōu)化離去滲濾液中溶質(zhì)的量和通過逆流接觸而優(yōu)化浸出，其中所述逆流接觸使溶劑和基底中距離溶質(zhì)平衡濃度的溶質(zhì)提取阻力最小化。在其他實施方案中，如本文中公開的浸出可以高長徑比密封容器中實現(xiàn)，并且可能包括通過初次和二次浸出劑浸出，即，用一種浸出劑提取所需化合物，接著用第二試劑浸提。初次和二次浸出劑可以因一般化學(xué)分類而不同，例如，極性和非極性溶劑，或因特異性或強度而不同，例如，乙醇和氯仿。
[0082]某些實施方案涉及在浸出期間變動溫度以改善所需化合物的提取。相對于室溫、環(huán)境溫度或空氣溫度(例如在未加熱的區(qū)域外部或在內(nèi)部操時作)而增加的溫度可以改善溶劑和可提取化合物的流動性，并且增加溶劑在溶質(zhì)浸出中的化學(xué)活性，并且可以用來改善化合物從生物質(zhì)中的浸出。在一些實施方案中，浸出過程(和其他過程)期間所用的溫度可以是大約35°C，或可以小于35°C。這個溫度可以是維持穩(wěn)定或可以變動。在一些實施方案中，在浸出期間維持合乎需要的溫度可以用來抑制或減少在其他溫度更可溶的某些不太合乎需要的組分的提取。在另外的實施方案中，可以維持一個溫度范圍用于浸出循環(huán)的一個部分，并且變更至一個不同溫度范圍用于浸出循環(huán)的另一個部分。
[0083]其他實施方案涉及以攪拌、滲濾或漫灌床構(gòu)造實施的團(tuán)聚粒子浸出。根據(jù)這些實施方案，滲濾浸出可以為逆流浸出條件提供環(huán)境，無需在溶劑中機械懸浮生物質(zhì)的能量消耗。攪拌浸出能夠在短時間容易和快速地提取化合物。漫灌浸出不需要向浸出系統(tǒng)連續(xù)引入能量，但是可能需要多個步驟以實現(xiàn)逆流接觸。因此，各種地點或方法約束可以有利于這些浸出構(gòu)造中之一者或組合優(yōu)于另一者的應(yīng)用，但是在各種條件下，這些方法的任一種可能是使用團(tuán)聚生物質(zhì)實施浸出時更需要的。
[0084]某些實施方案涉及確定團(tuán)聚物的相對強度和穩(wěn)定性以優(yōu)化團(tuán)聚條件。在相關(guān)溶劑中使用球粒的浸沒試驗?zāi)軌蛘故緢F(tuán)聚物在用溶劑飽和時的耐久性。在溶劑存在或不存在的情況下使用置于壓縮裝置中的干燥團(tuán)聚物的強度試驗可以用來展示處置和浸出期間的機械完整性和耐久性。例如，圖3顯示了用于評估球粒(例如，藻類球粒)的壓縮強度和其他參數(shù)或用于模擬柱中團(tuán)聚物重量的示例性裝置。將壓縮塊置于隨動板上，所述隨動板起到在試驗柱的圓柱形壁內(nèi)部壓縮團(tuán)聚物的作用?？梢赃x擇所示的壓縮塊的質(zhì)量值，以代表某個質(zhì)量的懸浮培養(yǎng)物(例如，藻類)和/或其他組分，其在正常情況下將因重力而造成指向該柱或其他容器底部的壓力增加。不是建立較高的柱以測試柱底部處的壓力和其他特征，而是較短的試驗柱可以與壓縮塊一起使用以重現(xiàn)指向柱底部的壓力，所述壓力正常情況下將因較高柱的深度增加而產(chǎn)生。 不同的壓縮塊值可以用來復(fù)現(xiàn)不同深度或高度的柱。此外，這些裝置可以包括如所示的排出管并且可以針對使用的溶劑而調(diào)整。一些裝置含有多個層滯留篩(例如，鋁)以支撐團(tuán)聚物?？梢允褂眠@種裝置測試團(tuán)聚物的回彈性。
[0085]在某些實施方案中，本文中構(gòu)思了套件。例如，一種套件可以包括但不限于容納于容器中的球粒組合物，其中所述容器用于未來提取靶向的產(chǎn)物。套件中的球?？梢园▓F(tuán)聚粒子，其中大部分、大于50%的球粒包括300微米或更大的團(tuán)聚粒子。在其他實施方案中，套件可以在多種溫度貯存以便根據(jù)使用的微生物生物質(zhì)，優(yōu)化球粒的有效期。在某些實施方案中，可以在室溫保存套件。在其他實施方案中，套件可以保存在冰箱或制冷器或甚至貯存在液氮中。
[0086]本文中構(gòu)思了用來最佳地含有套件組分的任何容器。
實施例
[0087]下文提供幾種實施例，它們說明本文中公開的多種實施方案和實施方案組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，某些參數(shù)是示例性參數(shù)并且這些參數(shù)可以根據(jù)多種條件和其他因素變動。
實施例1[0088]圖1表示作為干燥溫度和粒度的函數(shù)，從干燥的藻類中浸出回收脂類的示范。如圖1中所示，在可比較的攪拌環(huán)境中浸出時，基于質(zhì)量，與其他相同尺寸的級分相比，在100°c干燥的-lmm+850微米尺寸的級分樣品實現(xiàn)顯著更高的脂類提取率，并且含有明顯較小粒子分布的300微米樣品獲得最高的提取率。已經(jīng)展示t升高的溫度可以在某種程度上導(dǎo)致藻類的脂質(zhì)組分降解，未曾充分確立干燥期間這種降解發(fā)生的程度。盡管已經(jīng)鑒定了藻類脂質(zhì)組成可能改變的溫度，然而已經(jīng)顯示這個溫度高于112°C。由于藻物質(zhì)，例如作為過濾或離心固體或“濾餅”，在100°C徹底且合理地迅速干燥，這為可以在沒有改變藻類脂質(zhì)的風(fēng)險情況下進(jìn)行提取提供參數(shù)。后續(xù)試驗，其使用在112°C持久溫度干燥并隨后在攪拌式瓶棍和柱試驗(agitated bottle roll and column test)中浸出的鹽生微擬球藻(Nannochloropsis salina),顯示在至多到112°C的干燥處沒有減弱回收或顯示對所含脂質(zhì)的任何損害。[0089]當(dāng)脫水藻類，例如，藻培養(yǎng)物濾餅或離心機收集固體，完全干燥時，2-10微米大小的包含藻物質(zhì)的細(xì)胞形成固化和硬化的易碎團(tuán)塊。浸出作為固結(jié)團(tuán)塊的干燥藻類可以導(dǎo)致低的目的化合物提取回收率，部分原因在于溶劑抵達(dá)細(xì)胞區(qū)室和所提取的目的化合物從固結(jié)團(tuán)塊中擴散出來并離開藻物質(zhì)進(jìn)入本體溶劑溶液的擴散流路延長。此外，基于單元，例如cm2/g，固結(jié)團(tuán)塊的表面積非常小。為了使提取時間最小化并改善浸出回收率，可以通過打斷、破碎和碾磨，使干燥的藻類經(jīng)歷粒度減低。展示了后續(xù)浸出回收率可以在某些干燥的藻類粒度得到改進(jìn)。例如，較小的干燥藻類粒子通常比較大粒子更快地浸出。
實施例2
[0090]在一個示例性方法中，將藻培養(yǎng)物在100攝氏度干燥，并且將固結(jié)團(tuán)塊精細(xì)破碎。隨后將樣品過篩或“篩分”以便將藻類粒子分成幾個尺寸分級。每個尺寸范圍的子樣品隨后在平行試驗中于己烷中經(jīng)歷攪拌浸出，以基于質(zhì)量確定浸出回收的速率和程度。與窄尺寸分級樣品平行浸出的一份樣品由未篩分的精細(xì)破碎的物料組成，表示“研磨混合物”。這個實施例中用于浸出的條件是在室溫5:1L/S質(zhì)量比率。圖2中顯示這些浸出試驗的一些結(jié)果。
[0091]圖2表示作為粒度的函數(shù)，從干燥的藻類中浸出回收己烷的曲線。它表明，與較小尺寸級分(例如，-300+147um)相比，以較大尺寸級分(例如-lmm+850um)出現(xiàn)的粒子對脂類的己烷提取而言是較不可及的。另外，采用經(jīng)破碎細(xì)于-300+147微米的連續(xù)尺寸級分時，這些試驗中的浸出回收率沒有明顯改善。因此，如本文中所示，在相似條件下浸出時，較小的干燥藻類粒子比較大粒子浸出更高效地，并且實現(xiàn)更大程度的所需化合物的浸出回收。在某些實施方案中，在攪拌過程環(huán)境下實施時，這些細(xì)屑浸出期間出現(xiàn)最小逆流，盡管浸出后的液體-固體分離隨著粒度更細(xì)而逐步變得更成問題。
[0092]在其他示例性方法中，已經(jīng)展示當(dāng)試圖使流體穿過精細(xì)破碎材料的下沉或填充床時，存在頻繁出現(xiàn)的困難。在這些方法中，細(xì)屑的存在可能導(dǎo)致細(xì)屑的遷移或代表填充床中用于提取的流體流動通道的孔的最小化。流體的流速不利地受這些細(xì)屑影響。細(xì)屑可以明顯減小流道尺寸并降低目的化合物的回收率。填充床中細(xì)屑的遷移或孔尺寸的減小可能導(dǎo)致溶劑偏好地流向一些區(qū)域，“溝流”，和向其他區(qū)域的流動減少，“堵塞”，或阻塞基本全部流動，“填塞”。這些流動問題抑制液體-固體接觸并且可以減少或甚至阻止組分提取、床淋洗或干燥，在于溶劑可以被截獲并滯留于填充床的多個區(qū)域內(nèi)。在干燥固體(見實施例1)的非團(tuán)聚浸出的一個實施例中，將含有大約20%小于300微米團(tuán)塊的破碎和研磨藻類裝料以生產(chǎn)的形式置于3英寸(76mm)直徑X20英寸(510mm)高度的柱中。當(dāng)溶劑施加至柱的頂部時，該柱很快就不能使溶劑以有用量穿過床，并且柱已經(jīng)事實上被堵塞。甚至隨后向柱頂部以IOpsig (22psia或152kPa)施加加壓氮氣也不能迫使可用量的溶劑穿過填充床,并且試驗終止。隨后，篩分破碎和研磨的藻裝料以基本上除去尺寸小于300微米的全部粒子，這能夠產(chǎn)生用于己烷提取脂類的可透性固定床，但是加工成本增加并且同時大約20%樣品物質(zhì)因加工而損耗。
[0093]在某些示例性方法中，可以產(chǎn)生較大粒子從而由此減少或除去小于300微米的細(xì)屑以便產(chǎn)生或維持床中粒子之間的腔隙(孔)，以便減少或消除小粒子和細(xì)屑的不利流動影響。在某些方法中，可以使用團(tuán)聚過程，其中較小粒子與接合較大粒子或彼此接合以產(chǎn)生較大復(fù)合粒子。當(dāng)細(xì)屑接合時，它們不再可用于轉(zhuǎn)運或遷移，有效平均粒度增加，并且填充床內(nèi)部的孔徑同樣增加。較大的孔和增加的孔數(shù)目可以提供較小的流體流動阻力。當(dāng)團(tuán)聚的物料經(jīng)歷浸出時，可以將溶劑更均勻地以較高流速施加遍及整個床，導(dǎo)致更快和更多地回收可提取化合物。
[0094]在某些方法中，團(tuán)聚可以通過在例如補充性化合物(稱作“粘合劑”)存在下粒子-粒子接觸實現(xiàn)，所述的補充性化合物造成粒子彼此粘結(jié)。粘合劑可以是添加劑或裝料的預(yù)先組分。經(jīng)常地，通過添加液體活化粘合劑，不過可能使用其他反應(yīng)性物質(zhì)。在一些實施方案中，通過誘導(dǎo)粒子的回轉(zhuǎn)運動，從而使它們彼此接觸而實現(xiàn)團(tuán)聚。在一個例子中，懸浮培養(yǎng)物的團(tuán)聚可以在具有干燥和破碎的培養(yǎng)物的容器中通過以下方式實現(xiàn):轉(zhuǎn)動該容器，從而引起粒子在容器內(nèi)部彼此瀉落和碾壓。某些方法可以包括幫助細(xì)小粒子與較大粒子團(tuán)聚和彼此團(tuán)聚的粘合劑。在某些方法中，與噴霧相反，可以將液體作為粗液滴或大液滴添加。粗液滴可以提供具有輔助粒子團(tuán)聚的潮濕表面區(qū)域的核心?？梢岳m(xù)地或連續(xù)地添加液體直至足夠的粒子接合實現(xiàn)。在某些干燥的懸浮培養(yǎng)物中，已經(jīng)顯示足夠的天然物質(zhì)存在以在添加水時實現(xiàn)團(tuán)聚，無需添加外源粘合劑。這可以降低成本，同時增加來自這些培養(yǎng)物的生產(chǎn)。因此例如，僅使用過程水施加促進(jìn)自我團(tuán)聚(例如用某些藻物種)就可以成為明顯的成本節(jié)約手段，以及是所產(chǎn)生產(chǎn)品的純度的促進(jìn)因素。在這些示例性方法中，將無需從收獲自懸浮培養(yǎng)物的混合物或產(chǎn)品除去添加的粘合劑。
實施例3
[0095]在一種方法中，一個IL容器配備有隔板(分隔片(shim))，以便在該容器以水平位置在小的振搖滾筒(rock tumbler)上滾動時升高該容器的含有干燥和研磨藻類的一端。當(dāng)該容器滾動時，瓶隨著藻類瀉落用噴霧器添加水。圖3顯示正在這個裝置中團(tuán)聚的藻類。圖3表示使用振搖滾筒技術(shù)在I升容器中團(tuán)聚干燥和研磨的藻類。
[0096]為了團(tuán)聚較大樣品，使用1.25立方英尺(42L)容量的電動水泥混合器。圖4A和圖4B表示較大的設(shè)置。圖4A和圖4B表示用于團(tuán)聚較大體積藻類培養(yǎng)物的較大混合器(例如水泥用級別)。圖4A表示電動混合器并且圖4B表示較大混合器中的藻類，注意藻類粒子在混合器內(nèi)部的瀉落作用。此外，對于較大樣品，可以使用其他混合器(例如二分之一立方碼；數(shù)據(jù)未顯示)。
實施例4
[0097]在某些方法中，在添加外源液體情況下，可能需要額外的干燥以實現(xiàn)培養(yǎng)物的靶團(tuán)聚。再干燥培養(yǎng)物可以導(dǎo)致培養(yǎng)物中改進(jìn)的浸出響應(yīng)。一旦團(tuán)聚物形成，采用熱、空氣、化學(xué)品或其組合的干燥可以改善團(tuán)聚粒子(團(tuán)聚物)對物理和化學(xué)接觸的穩(wěn)健性或抵抗力。再干燥也可以消除包含樣品的生物質(zhì)細(xì)胞對溶劑與細(xì)胞中組分相互作用的抵抗力。例如，可以將團(tuán)聚的物料置于干燥烘箱中持續(xù)一段時間，以減少或除去來自團(tuán)聚物的流體。本文中實施的干燥試驗和浸出試驗已經(jīng)顯示，浸出效率隨著溫度在優(yōu)選的測試范圍內(nèi)部連續(xù)增加而改進(jìn)，但是應(yīng)當(dāng)避免高于生物質(zhì)化合物開始降解的溫度。因此，團(tuán)聚裝料的再干燥在初始樣品于不團(tuán)聚情況下干燥期間所用的相同最佳溫度實施。圖5顯示團(tuán)聚期間使用各種濃度的水，由干燥和研磨藻類組成的團(tuán)聚物，與干質(zhì)量藻類相比，所述濃度由添加的水％指示(例如添加至400g干燥藻類的100g水=25%)。一個觀察結(jié)果是在團(tuán)聚過程期間，隨著提供更多的水，團(tuán)聚粒子的尺寸增加。圖5表示在本文所述的團(tuán)聚過程期間增加水添加。
[0098]可以在再干燥后使用浸沒試驗在選擇的溶劑中測試生物質(zhì)團(tuán)聚物的穩(wěn)定性和強度。幾種球?？梢栽谥匦赂稍锖筮x自試驗物料的團(tuán)聚裝料，從而它們代表大部分團(tuán)聚物并且不代表極端情況，例如，太大或太小的團(tuán)聚物。選擇的球粒可以置于含有足夠溶劑以覆蓋球粒的可密封容器中，并且在靜電條件下隨時間推移觀察機械破損或細(xì)屑分離。在一些實施方案中，球粒能夠耐受浸沒幾日，而沒有明顯的劣化。在一個示例性試驗中，團(tuán)聚的藻類粒子浸沒7日后保持團(tuán)聚的形式。
[0099]可以構(gòu)建一種試驗裝置以含有團(tuán)聚物樣品并且發(fā)出已知的力/單位面積以確定團(tuán)聚物經(jīng)受所施加壓力的能力。這個試驗可以用來評價球粒性能并以提供以下信心:充分成型的球粒在浸出條件下較不可能或不可能在由提取條件產(chǎn)生的重量下塌陷。在本發(fā)明的一個實施方案中，使用一根直徑6英寸(150mm)的鋼通風(fēng)管構(gòu)建一種裝置，其高6英寸(150mm)以含有目的樣品，配備密封焊接的隔板，形成在一端密閉且在另一端開放的圓柱體。該隔板略微地向中央凹陷以輔助排泄，在板中心具有鉆出和攻絲的洞并配備用于控制排泄流量的球閥。添加支架，其足以跨越設(shè)置在釋放閥下方的燒杯。見，例如，圖6D。
[0100]將膨脹的網(wǎng)片置于隔板頂部上以輔助排泄并支撐含有團(tuán)聚裝料的滯留篩。滯留篩從4層質(zhì)鋁窗紗構(gòu)建。在這個實施例中，選擇鋁，但是如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，可以使用任何與己烷或其他所需的藻脂質(zhì)溶劑相容的何材料。見圖6E。頂部隨動板由鋼板制造并且切削成在全部側(cè)面上相對于圓柱體截面的內(nèi)徑上提供1/8英寸(3mm)間隙的直徑。砝碼可以置于隨動板上，以便對試驗裝置內(nèi)部含有的團(tuán)聚物產(chǎn)生力。取決于所用試驗裝置和樣品物質(zhì)的物理比例，可以將額外的隔板或或豎板添加至隨動板。這種隔板可以位于添加的砝碼和隨動板之間，例如，以防止砝碼直接坐落于樣品密封圓柱體上，而是如設(shè)計那樣壓在隨動板上。例如，頂部平板可以利用一段輕重量鋼管，例如直徑4英寸(100mm) X長度4英寸(100mm)，其以隨動板為共圓心臨時點焊，如用于砝碼的隔板和支撐那樣。本領(lǐng)域已知的任何化學(xué)相容性材料可以用來構(gòu)造這種裝置的任何組件，取決于需要和使用的溶劑/提取介質(zhì)。圖6A顯示該裝置的示意圖，其處于不需要承載重量的隔板的構(gòu)造。為該圖的簡化和清晰，未顯示該裝置的支撐腿。圖6A表示團(tuán)聚物破碎強度試驗裝置。
[0101]在操作上述裝置時，將團(tuán)聚物球粒的裝料載入試驗裝置的圓柱段。在某些方法中，裝料應(yīng)當(dāng)充分裝填該裝置以防止位于隔板段上的砝碼與圓柱段的頂部接觸，例如，將各自超過400克的樣品量隨如上文所述構(gòu)建的裝置一起用于團(tuán)聚藻類的試驗中。將裝料大致平整并且將頂部隔板安置到裝料上。在隔板片的側(cè)面上畫上位置標(biāo)記，與該裝置的下方圓柱段的頂部齊平，如果需要，使用直棱輔助標(biāo)記的正確定位。隨后將砝碼置于隔板上，以模擬浸出床中經(jīng)歷的條件。例如，作為約束條件，可以選擇對最底部球粒所壓力發(fā)出的壓力，假設(shè)柱狀浸出容器上的無摩擦側(cè)面?zhèn)壤缒M堆密度為0.5kg/L的10英尺(3m)高的團(tuán)聚藻類床，將添加大約62 lbs (28kg)。在現(xiàn)實中，浸出柱容器的側(cè)面輔助支撐柱裝料，但是'無摩擦側(cè)面，情形可以視作極端條件(最差殼體約束條件的例子)。一旦已經(jīng)將砝碼添加至干裝料上的隔板，則向隔板添加第二標(biāo)記以記錄干燥壓縮水平。見圖6B。隨后移除砝碼，并且可以添加“回彈”標(biāo)記以顯示球粒的回彈性。見圖6C。暫時地移動砝碼和隨動板并且，可以將藻脂質(zhì)溶劑(例如，己烷)潑到在裝料上方直至液體滲入整個裝料表面可見。在這個實施例中，在此時添加的液體的體積代表吸收至藻類粒子中的總己烷外加壓干時試驗裝料的孔體積。將隨動板/間隔片放回在裝料上，并且將砝碼再次置于隔板上。隨后在隔板的側(cè)面上標(biāo)出“濕”壓縮水平，與圓柱段的頂部齊平。可以使該裝置處于這種狀態(tài)持續(xù)所需的時間長度，以模擬條件團(tuán)聚物將可能在例如柱中經(jīng)歷的條件。在采用所述裝置的一個試驗中，I小時后，己烷濕壓縮水平已經(jīng)不出現(xiàn)變化。在所需的時間長度后，可以移走砝碼。開放排出閥以從床中移去溶劑。如果需要，可以降低溶劑的液位直至壓縮床的頂部暴露，倒空溶劑接收容器，并且隨后排出并捕集剩余的溶劑。完整排出物的第二容積則表示壓縮的床孔體積。在一個團(tuán)聚藻類試驗中，基于壓縮的床體積(最初添加己烷的條件)，測量的孔體積是51%。提取實施例:[0102]在團(tuán)聚和再干燥后，裝料準(zhǔn)備好載入提取裝置中并且被添加至容器以形成固定床。這種容器的形狀可能影響該過程中浸提的程度。如果將浸出劑添加至具有藻裝料的容器直至溶劑覆蓋該床，產(chǎn)生靜止浴，則溶質(zhì)的浸出將推進(jìn)直至在粒子中的溶質(zhì)濃度和溶液中的溶質(zhì)濃度之間建立平衡。溶劑連同從裝料溶解的組分，總體稱作“滲濾液”，可以隨后從床中排出并且被替換，直至新鮮溶也實現(xiàn)平衡溶質(zhì)濃度，并且該過程重復(fù)。在這種過程背景下，裝料容器的形狀不影響浸出的程度。然而，如果豎直地延長浸出裝料容器并且將溶劑施加在頂部以穿過床滲濾并且自由地從裝料排出，則當(dāng)溶劑穿過裝料滲濾時，影響是增加溶質(zhì)在滲濾液中的濃度差。例如，與裝料的溶質(zhì)濃度相比，施加至裝料頂部的新鮮浸出劑具有最大濃度差，并且提取繼續(xù)進(jìn)行。如果浸出劑穿過藻裝料的長流路滲濾，則浸出劑中溶解的溶質(zhì)濃度連續(xù)地增加并且可以在裝料離開柱之前達(dá)到平衡。這代表最大限度利用每份增量的所施加的浸出劑。這種工藝方案，其中具有最低溶質(zhì)濃度的溶劑接觸具有最低溶質(zhì)濃度的固體并且具有較高溶質(zhì)濃度的溶劑接觸具有較高溶質(zhì)濃度的固體，稱作逆流接觸。逆流接觸導(dǎo)致較高濃度的提取物和來自固體的可溶性組分的較高回收率。對于這些條件，應(yīng)當(dāng)考慮增加的長寬比，例如高長徑比，以便通過產(chǎn)生逆流浸出條件改進(jìn)浸出過程。因此，用于懸浮培養(yǎng)物如藻類培養(yǎng)物浸提的柱狀容器可以能是一種高效填充床構(gòu)造。
[0103]在另一種方法中，當(dāng)培養(yǎng)浸出裝料載入容器時，可以將該容器機械地振動或手工敲擊以輔助加載的材料沉降就位。雖然這種沉降可能在團(tuán)聚不存在時是不想要的，原因是限制了孔從而由此限制透過床的流路，但是采用團(tuán)聚粒子時，這可以在裝載期間用以形成均勻填充的床以便浸出。一旦載入浸出容器中，則可以記錄裝料的體積和質(zhì)量以計算沉降堆密度，例如作為磅/立方英尺或千克/每立方米。如果需要，性質(zhì)相似的裝料可以在裝載期間沉降至均勻堆密度，輔助創(chuàng)造均一的床條件，尤其在過程發(fā)展期間特別有益。一旦將培養(yǎng)裝料載入浸出容器，裝料可以用適合提取靶化合物的溶劑沖洗，例如用于回收裝料中所含極性化合物的極性溶劑或回收裝料中優(yōu)勢為非極性的化合物的非極性溶劑。在某些方法中，浸出劑應(yīng)當(dāng)在某個施加速率范圍內(nèi)施加，以避免超出裝料接受并通過溶液的能力，稱作“漫灌”，或避免不必要低的溶液施加速率，所述施加速率在施加后很快實現(xiàn)與裝料的平衡，僅實現(xiàn)相對低的溶質(zhì)浸出回收速率和不必要地延長浸出持續(xù)時間。圖7顯示了載入玻璃柱中并處于溶劑浸出狀態(tài)下的團(tuán)聚藻類。圖7表示2英寸(50mm)直徑玻璃柱中由溶劑潤濕的團(tuán)聚藻類。
[0104]當(dāng)柱浸出用新鮮樣品裝料啟動時，多余的溶質(zhì)可能以超過溶劑可以溶解和提取的量存在。在提取過程的這個階段，相對高施加的速率可以應(yīng)用于裝料以實現(xiàn)高速率的溶質(zhì)提取?？扇苄越M分與溶劑分離(例如借助蒸餾)是一個高耗能過程，從而由此需要使得采用過多溶劑不必要地稀釋可溶性組分最小化。稍后在浸出過程中，例如，當(dāng)離開浸出柱的滲濾液含有低于平衡濃度的溶質(zhì)時，可以降低溶液施加速率以避免超出需要地使用施加至該柱的新鮮或再循環(huán)己烷。因而，浸出劑施加速率可以針對浸出階段或針對其他原因而優(yōu)化，例如，滲濾液中某個視為所需的溶質(zhì)濃度。
實施例5
[0105]從干燥藻類浸出藻類脂質(zhì)時，已經(jīng)觀察到潤濕藻類的少量溶劑首先從可能變得非常粘稠的物料中以某個濃度浸出脂類。以各種流速和浸出通道長度實施的浸出試驗已經(jīng)證實，可以封閉部分粒子免受溶劑作用，因而降低浸出回收率。對于這種效應(yīng)，形成一種表達(dá)式:“焦化”。以下試驗工作展示這種效應(yīng)。
[0106]豎立6根玻璃柱來進(jìn)行浸出試驗。全部玻璃柱均是直徑2英寸(50mm) X高度22英寸(550mm)。如此布置兩個柱,從而一根柱的卸料直接滴入另一根柱，產(chǎn)生44英寸(1.1m)高固定床的等同物，稱作柱I。柱2至5是“單一”高度柱，彼此獨立運行。使用以復(fù)合樣品的多個部分，全部柱用藻類裝載，其中所述復(fù)合樣品已經(jīng)如先前所描述，在60%添加的水分采用再干燥步驟時在原始干 燥溫度干燥、精細(xì)破碎和團(tuán)聚。下表1表示用于這些柱的各種試驗條件。
表1.-2英寸(50mm)直徑浸出柱的試驗條件
【權(quán)利要求】
1.一種用于從生物質(zhì)提取靶化合物的方法，所述方法包括: 干燥生物質(zhì)； 研磨干燥的生物質(zhì)以產(chǎn)生細(xì)屑； 團(tuán)聚所述細(xì)屑以產(chǎn)生團(tuán)聚粒子；以及 使溶劑滲入所述團(tuán)聚粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述溶劑滲入團(tuán)聚粒子包括根據(jù)逆流浸提法施加溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中干燥所述生物質(zhì)包括在85°C或更高至148.5°C或更低的溫度干燥微生物生物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在團(tuán)聚細(xì)屑的同時調(diào)節(jié)環(huán)境壓力以促進(jìn)所述生物質(zhì)的脫水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將團(tuán)聚粒子暴露于不可燃溶劑以產(chǎn)生不可燃混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在大氣壓下在85華氏度和至多到150華氏度溫度范圍下干燥所述團(tuán)聚粒子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在低于大氣壓的壓力下干燥所述團(tuán)聚粒子，其中在低于大氣壓的壓力下干燥所述團(tuán)聚粒包括降低所述團(tuán)聚粒子的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所`述的方法，其中所述生物質(zhì)源自包括以下一種或多種的懸浮培養(yǎng)物:藻類、細(xì)菌、酵母、真菌及其他微生物的微生物生物質(zhì)，水中懸浮的固形物和廢水顆粒狀物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述團(tuán)聚粒子施加至具有高長徑比5: I或更大至30: I的分離柱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑是提取第一靶化合物的第一溶劑，并且其中所述方法還包括將至少第二溶劑引向所述分離柱以提取第二靶化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中團(tuán)聚細(xì)屑以產(chǎn)生團(tuán)聚粒子包括在施加不溶性粘合劑的同時轉(zhuǎn)動所述細(xì)屑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中團(tuán)聚細(xì)屑以產(chǎn)生團(tuán)聚粒子包括僅添加粗水滴以團(tuán)聚所述粒子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使溶劑在35°C或更低滲入。
14.一種由微生物生物質(zhì)形成的球粒組合物，包含: 多個團(tuán)聚細(xì)屑，各自保持其大部分表面積并且小于300微米；和 中性基底。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的球粒組合物，其中團(tuán)聚的細(xì)屑包含不溶性粘合劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的球粒組合物，其中多個團(tuán)聚的細(xì)屑各自形成約300微米或更大的團(tuán)聚粒子，并且其中所述團(tuán)聚粒子包含50%或更多的球粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的球粒組合物，其中多個團(tuán)聚的細(xì)屑各自形成約300微米或更大的團(tuán)聚粒子，并且其中所述團(tuán)聚粒子包含80%或更多的球粒。
18.一種用于產(chǎn)生球粒的方法，所述方法包括: 從懸浮培養(yǎng)物獲得微生物生物質(zhì)；將所述微生物生物質(zhì)干燥直至該生物質(zhì)具有至少90%干質(zhì)量； 研磨干燥微生物生物質(zhì)以產(chǎn)生粒子；并且 使所述粒子團(tuán)聚以產(chǎn)生300微米或更大的團(tuán)聚粒子，同時保留粒子的大部分表面積以形成微生物球粒。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的球粒，其中團(tuán)聚粒子在亞大氣壓下進(jìn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的球粒，其中團(tuán)聚粒子包括使用聚合物粘合劑。
21.一種團(tuán)聚干燥和研磨的生物質(zhì)的方法，所述生物質(zhì)源自懸浮培養(yǎng)物，所述方法包括在具有中性基底的裝置中碾壓至少部分干燥的生物質(zhì)，可選地，其中將所述中性基底逐滴施用至所述生物質(zhì)，并且形成生物質(zhì)粒子的凝塊或團(tuán)塊，從而由此團(tuán)聚所述生物質(zhì)以形成團(tuán)聚粒子。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法還包括在團(tuán)聚前、期間或之后，將至少部分干燥和研磨的生物質(zhì)暴露于以下至少一種源:熱、空氣、光、微波、可見光、紅外線、其他電磁輻射或其他能量源，其中所述至少部分干燥和研磨的生物質(zhì)借助所述至少一種源進(jìn)一步脫水。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括在團(tuán)聚干燥和研磨的生物質(zhì)同時，調(diào)節(jié)環(huán)境壓力以促進(jìn)所述生物質(zhì)的脫水。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中培養(yǎng)物暴露于氣體并且可選地，其中所述氣體是不可燃?xì)怏w；并且其中所述團(tuán)聚粒子與所述氣體形成不可燃混合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述團(tuán)聚粒子進(jìn)一步暴露于溶劑并且提取團(tuán)聚粒子的產(chǎn)物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述產(chǎn)物是脂類。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述產(chǎn)物是燃料或產(chǎn)生燃料的原料。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中壓力是大氣壓并且溫度是85華氏度或更高并小于150華氏度。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中將所述培養(yǎng)物噴霧干燥。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述懸浮培養(yǎng)物包括藻類、細(xì)菌、酵母、真菌、水中懸浮的固形物或廢水顆粒狀物。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法還包括粘合劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述粘合劑包括玉米淀粉、海藻酸鹽、葡萄糖、蔗糖、果糖或其他糖、木質(zhì)素和糖類。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中將團(tuán)聚的粒子施加至具有高長徑比的分離柱。
34.一種從源自懸浮培養(yǎng)物的生物質(zhì)提取一種或多種靶化合物的方法，包括將團(tuán)聚粒子施加至分離裝置，并且從團(tuán)聚的懸浮培養(yǎng)物提取靶化合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中將第一試劑或溶劑引入所述分離柱以提取靶化合物，并且稍后某時將至少第二試劑或溶劑引入所述柱以提取第二靶化合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述試劑包括己烷、乙醇、氯仿或其他溶劑或極性試劑。
37.一種用于團(tuán)聚懸浮培養(yǎng)物的裝置，包括能夠接收水或其他試劑的容器，能夠在至少一個方向移動的容器，以及與容 器連接的支座或殼體裝置以允許從一個位置移動至另一個位置。重復(fù)序號37.一種用于評估藻球粒壓縮強度的裝置，包括圖6A-6E中所述的團(tuán)聚測試裝置，其具有至少一個滯留篩層和排水管，其中所述裝置能夠評估藻球粒的壓縮強度。
38.一種套件，包含 微生物生物質(zhì)的球粒組合物,其包含: 多個微生物生物質(zhì)的團(tuán)聚粒子，其中約50%或更多的團(tuán)聚粒子是約300微米或更大，和 中性基底。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所`述的套件，還包含一種或多種溶劑。
【文檔編號】C12P7/00GK103534354SQ201280018796
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月16日
【發(fā)明者】R·克羅維爾, M·T·馬查塞克, S·T·邦奇, D·格滕巴赫 申請人:Solix生物系統(tǒng)公司