Патент ссср 339041

 

О П И С А Н И Е 33904!

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Саветскиз

Социалистическиз

Республик

К ПАТЕ НТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 27.Ч|11.1969 (№ 1358679/23-4) М. Кл. С 07с 51/42

Приоритет ЗО.Ч111.1968, № 41539/68, Великобритания

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 665.122.03(088.8) Опубликовано 15.Ч.1972. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 28.VI.1972

Автор изобретения

Иностранец

Алан Дэвид Форбес (Великобритания) Иностранная фирма

«Дзе Бритиш Петролеум Компани Лимитед» (Великобритания) Заявитель

СПОСОБ ВЪ|ДЕЛЕНИЯ ВЫСШИХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

И ИХ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ

Изобретение относится к способу выделения высших карбоновых кислот и их сложных эфиров из липоидных экстрактов, являющихся отходами в производстве биомассы из парафинов.

Известен способ производства биомассы путем выращивания культур микроорганизмов на углеводородном субстрате в присутствии питательной среды и кислорода с последующим отфильтровыванием или центрифугированием. Извлечение культуры микроорганизмов очищают селективной экстракцией растворителем, после чего микроорганизмы могут быть использованы в качестве пищевого продукта.

Отходы продуктов после стадии очистки представляют собой сложную смесь химических соединений и называются липоидными экстрактами. В составе липоидных экстрактов содержится около 10 о о культуры, считая на сухой вес. В сыром липоидном экстракте находятся карбоновые кислоты, остаточные углеводороды после среды для выращивания, остаточные микроорганизмы, неорганические соли, перешедшие из питательной среды, и сложная группа химических соединений, включающая преимущественно простые липоиды, фосфорлипоиды, каротениды и стереиды.

Следует отметить, что имелись попытки выделения кислот из липоидных экстрактов. Однако применение обычного гидролиза оказывается неприемлемым потому, что карбоновые

5 кислоты в определенной степени,растворимы как в водной, так и в органической фазах, соприкосновение между которыми приводит к образованию эмульсии. Образованию стойкой эмульсии способствует также наличие в

10 липоидном экстракте остаточных дрожжевых клеток, фосфолипидов, обладающих поверхностно-активными свойствами. Поэтому разделение липоидного экстракта и выделение нз него ценных продуктов является важной

15 задачей.

Согласно изобретению липоидный экстракт перерабатывают с выделением сложных эфиров, карбоновых кислот, которые могут быть

20 превращены в эфиры и другие ценные продукты.

Способ осуществляют нагреванием не выше точки кипения липоидного экстракта с низшим алкиловым спиртом, например метано25 лом, в присутствии как кислого (НС1), так и щелочного (КОН) агента. Для предотвращения осмоления при последующей перегонке реакционную массу, содержащую кислый агент, промывают водой.

339041

Из полученной реакционной смеси отгоняют метанол и другие низкокипящие фракции и выделяют фракцию, кипящую при 124—

18б С (0,5 мм рт. ст.) и представляющую собой алкиловые эфиры карбоновых кислот.

Далее эти эфиры омыляют спиртовой щелочью (КОН+этанол) и раствор упаривают до суха (для разложения алкоголята р аствор после омыления разбавляют водой).

B полученном после упаривания твердом остатке содержатся соли жирных кислот, щелочь, газойль (твердый парафин) . Газойль экстрагируют из остатка углеводородом, не растворяющем соли жирных кислот, например н-гептаном. Отфильтрованный после экстракции остаток для выделения жирных кислот обр абатывают водной соляной кислотой до осаждения кислот. Для повышения выхода жирных кислот их экстрагируют из водного раствора н-гептаном.

Следует отметить, что целесообразно отделение липоидного экстракта от микроорганизмов. Последнее достигается экстракцией липоидного экстракта системой растворителей, включающих полярные и неполярные соединения, например диэтиловый э фир — метанол, хлороформ — изопропанол и др. Полярный растворитель должен содержать гидроксильную группу. Предпочтительной системой применяемых растворителей является азеотропная система, например смесь изопропанола с водой. Экстрагирование можно производить при комнатной температуре.

В качестве единого экстрагента, не смешивающегося с каким-либо другим, можно применять метиловый эфир. Однако для достижения эффективного .разделения необходим строгий температурный контроль.

После первоначальной экстр акции липоидного экстракта растворители могут быть удалены отгонкой. Если в системе расторителей содержится вода, то после отгонки растворителей остается водная смесь, которую затем перегоняют .для удаления воды.

Пример 1. Дрожжевые клетки вида Candida frepicalis выращивают на газойле, имеющем температуру кипения в пределах от 300 до 400 С, в присутствии питательной среды, содержащей азот и фосфор. Во время выращивания дрожжевых клеток через жидкую смесь продувают воздух. После достижения желаемой степени роста (по данным измерения клеточной плотности дрожжевой культуры) смесь центрифугируют, отделяют фазу пастообразной консистенции, содержащую дрожжевые клетки, пропитанные углеводородами, от водной среды. Пастообразную фазу промывают водой для удаления основной массы газойля. Полученный продукт нагревают до 80 — 90 С при быстром продувании воздухом и измельчают до порошкообразного состояния.

Оставшийся порошок подвергают селективной экстракции с использованием смеси изопропанола, и-гексана и воды. Твердые веще5

15 г0

Зо

65 ства, не извлекаемые экстрагирующими жидкостями, представляют собой очищенные пищевые дрожжи. жидкая фаза, полученная после экстракции, содержит экстракт дрожжевых липоидов. Эту фазу перегоняют до полного отделения растворителя и получения застывающей массы — липоидного экстракта «TL-9».

П.р и м е р 2. Липоидный экстракт «TL-9» (100 г) нагревают в колбе с обратным холодильником совместно с 4 н. соляной кислотой (200 мл) и метанолом (200 мл) в течение

24 час в атмосфере азота. Метанол и соляную кислоту удаляют перегонкой при температуре

90 С и остаточном давлении 15 мм рт. ст.

Полученный остаток экстрагируют в течение 24 час эфиром.для удаления всех веществ, растворимых в эфире (90 г). Часть эфирного экстракта (30 г) подвергают перегонке в вакууме. В виде отдельных фракций отбирают продукты, имеющие температру кипения до

170 С при остаточном давлении 0,15 мм рт. ст., при этом температура в колбе для перегонки не должна превышать 220 C. Первую фракцию отбрасывают, а другие, содержащие сложные метиловые эфиры, наряду с некоторым количеством газойля, смешивают (18 г).

Смесь продуктов (18 г) нагревают с обратным холодильником в спиртовом растворе гидрата окиси калия (16 г КОН 200 мл этанола) в течение 45 мин (молярное соотношение гидрага окиси калия и сложного эфира 4: 1).

Этапол удаляют перегонкой (75 С при 15 мм рт. ст.), после чего добавляют воду (200 мл) для разложения остаточного этилата калия.

После отгонки воды (75 С при 15 мм рт. ст.) остается твердый остаток, представляющий собой смесь гидрата окиси калия, газойля и калийных солей жирных кислот. Газойль удаляют путем экстрагирования н-гептаном на холоду, а оставшиеся твердые вещества растворяют в воде и подкисляют 2н. соляной кислотой для осаждения жирных кислот, которые затем извлекают экстракцией и-гептаном. Выход кислот 11,4 г (что соответствует содержанию 31 г кислот на 100 г липоидов), Кислоты в виде желтой, полужидкой воскообразной массы имеют число нейтрализации, равное 204 мг КОН/г.

Пример 3. Липоидный экстракт «Т1 -9» (258 г) растворяют в и-гексане (200 мл). Раствор, полученный после фильтрования, служит источником получения экстракта «TL-31» (232 г), свободного от остаточных дрожжей и минеральных солей. Далее «TL-31» (100 г) нагревают, применяя обратный холодильник, с 4 н. соляной кислотой (200 мл) и метанолом (200 мл) в течение 24 час в атмосфере азота.

Метанол и разбавленную соляную кислоту удаляют перегонкой при температуре

90 С/15 мм рт. ст. Оставшиеся продукты перегоняют в вакууме, собирают фракции: первую (14,4 г), кипящую в пределах 8б — 160 С и 0,15 мм рт. ст..и вторую (47,3 г), кипящую в пределах 1б0 — 168 С и 0,15 мм рт. ст, 33904I

После обработки основного количества второй фракции (44 г), как указано в примере 2, получают 28 г очищенных жирных кислот, число нейтрализации которых составляет

196 мг КОН/г. Это соответствует, приблизительно, выходу кислот в количестве 30 г на

100 г сырого липоидного экстракта.

Пример 4. Липоидный экстракт, не содержащий твердых веществ, «Т1 -9-31» (100 г) (Т1 -9-31) получают осаждением сырых липоидов «TL-9» с помощью н-гексана, как показано в примере 3, нагревают, применяя обратный холодильник, с метанолом (400 мл), содержащим .каталитическое количество гидрата окиси калия (1 г) в течение 72 час в атмосфере азота. Метанол удаляют перегонкой при температуре 90 С и остаточном давлении

15 мм рт. ст. Остаточный материал перегоняют в вакууме, причем собирают две фракции: первую (8,5 г), кипящую при температуре до 144 С и 0,20 мм рт, ст., и вторую (56,3 г), кипящую при температуре 144 — 180 С и

0,20 мм рт. ст. Основное количество второй фракции (48,6 г) обрабатывают, как указано в примере 2. Выход очищенных жирных кислот 31,6 г, число, нейтрализации 180 мг

КОН/г. Это соответствует выходу 36 г кислот на 100 г сырых липоидов.

iH р и м е р 5. Липоидный экстракт «TL-119» (108 г) нагревают, применяя обратный холодильник с метанолом (400 мл) в присутствии концентрированной серной кислоты (5 мл) в течение 24 час в атмосфере азота. Полученную реакционную массу промывают водой (200 мл) и отделяют органический слой, который нагревают при температуре 90 С (15 мм рт. ст.) для удаления воды и метанола. Остаток перегоняют в вакууме, собирают две фракции: первую (1,0 г), кипящую в пределах 98 — 124 С и 0,3 мм рт, ст., и вторую (72,8 г), кипящую в пределах 124 — 186 С и

0,5 мм рт. ст. Вторую фракцию (72,0 г) нагревают, применяя обратный холодильник с этанольным раствором гидрата окиси калия (26 г на 150 мл этанола) в течение 45 мин. Гидрат окиси .калия применяют в избыточном количестве, составляющем примерно 150 вес. /о.

Затем продукты обрабатывают как указано в примере 2. Получают очищенные жирные кислоты, имеющие число нейтрализации 203 мг

КОН/г. Это соответствует приблизительно выходу 40 г кислот на 100 г сырых липоидов.

Кислоты, полученные согласно приведенным выше примерам, преимущественно содержат от С14 до С18 атомов углерода и представляют собой смесь насыщенных и ненасыщенных кислот. Основным компонентом является гептадецен-9-овая кислота (приблизительно

40О/о). Кислоты могут быть выделены с помощью хроматографического или какого-либо другого подходящего способа, однако для некоторых видов применения пригодна смесь кислот.

П р м е р б, Липоидный экстракт «Т1 -9» (449 г) нагревают, применяя обратный холодильник с метанолом (2: 1) и концентрированной серной кислотой (25 мл) в течение

24 час в атмосфере азота, Полученную реакционную смесь промывают водой (1 л), отде5 ляют органический слой и нагревают при температуре 90 С/15 мм рт. ст. для удаления воды и метанола. Остаток перегоняют в вакууме и собирают две фракции: первую (0,7 г), кипящую в пределах 105 — 120 С/0,05 мм рт. ст., 10 и вторую (308 г), кипящую в пределах 120—

180 С/0,05 мм рт. ст. Часть второй фракции (55,3 г) обрабатывают, как указано в примере 2. Получают очищенные жирные кислоты в количестве 40,8 г, имеющие число ней15 трализации 187 мг КОН/г. Это соответствует выходу 46 г жирных кислот на 100 г сырых липоидов.

П р и м е.р 7. Часть второй фракции (55 1 г), полученной в примере 6, нагревают, применяя

20 обратный холодильник с гидратом окиси калия (18 г, 100О/О-ный молярный избыток) в метаноле (130 мл) в течение 45 мин. Метанол удаляют перегонкой (75 С при 15 мм рт. ст.), и остаток тщательно экстрагируют н-гептаном

25 для удаления газойля. Остаточное твердое вещество растворяют в воде и подкисляют 2 н. соляной кислотой для осаждения жирных кислот, которые извлекают н-гептаном. Выход

39 г кислот на 100 г сырых липоидов. КислоЗО ты имеют число нейтрализации 211 мг КОН/г.

Пример 8. Часть второй фракции (55,8 г), полученной в примере 6, нагревают, применяя обратный холодильник, с гидратом окиси нат.рия (16 г, 100О/О-ный молярный избыток) в

35 этаноле (130 мл) в течение 1 час. После отгонки этанола при температуре 90 С

15 мм рт. ст. остаток обрабатывают, как указано в примере 2. Получают жирные кислоты с выходом 45 г на 100 г сырых липоидов.

40 Кислоты имеют число нейтрализации 197 мг

КОН/г.

Пример 9. Часть второй фракции (54,9 г), полученной в примере 6, нагревают, применяя обратный холодильник, с гидратом окиси

45 натрия (16 г, 100 /о-ный молярный избыток) в метаноле (140 мл) в течение 1 час, После отгонки метанола при температуре 75 С и

15 мм рт. ст. остаток тщательно экстрагируют п-гептаном (8К300 мл) для удаления газойso ля. Остаточное вещество растворяют в воде и подкисляют 2 н. соляной кислотой для осаждения жирных кислот, которые извлекают затем экстрагированием н-гептаном. Выход 38 г кислот на 100 г сырого липонда, число нейтра5s лизации 207 мг КОН/г.

Пример 10. Часть второй фракции (55,2 г), полученной в примере 6, нагревают, применяя обратный холодильник, с гидратом окиси натрия (8,8 г 10 /,-ный молярный избы69 ток) в метаноле (130 мл) в течение 1 час.

После обработки пробы, как указано в примере 9, выход кислот в 38 г на 100 г сырых липоидов, число нейтрализации 194 мг КОН/г.

П р и и е р 11. Процесс ведут с жидким экс65 трактом «TL-26-VR» (527 г), который получа339041

Составитель Г. Андион

Техред Л. Богданова

Редактор Л. Ушакова

Корректор О. Тюрина

Заказ 2200/! Изд. Xв 736 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж 35, Раушская наб., д 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ют также, как и «TL-9» в примере 1, за исключением того, что растворителем для экстрагирования сырых липоидов служит азеотропная смесь изопропанола с водой и толуол (525 г). Смесь нагревают, применяя обратный холодильник 6 час для удаления воды, содержащейся в липоидах. Затем к смеси добавляют раствор гидрата окиси калия (33 г) в сухом метаноле (196 г) и содержимое колбы продолжают нагревать, с обратным холодильником примерно 1 час, после чего оставляют стоять. Реакционная смесь расслаивается на верхнюю и нижнюю фазы, которые разделяют декантацией. Верхняя фаза содержит сложные метиловые эфиры жирных кислот и газойль в качестве основных составных частей.

Этот продукт (439 г) перегоняют для отделения растворителя при температуре 80 С и остаточном давлении 20 мм рт. ст. Остаток перегоняют в вакууме, получают две фракции: первую (1,0 г), кипящую при температуре до

132 С (0,1 мм рт. ст.) и вторую (309 г), кипящую в пределах 132 — 182 С (0,1 мм рт. ст.).

Вторая отогнанная фракция содержит нижний несмешивающийся слой в количестве всего лишь нескольких граммов; этот слой отбрасывают, остаточное количество второй фракции растворяют в н-гептане (300 мл) и фильтруют через слой активированного угля. После удаления растворителя при 90 С и 15 мм рт. ст. получают бесцветную прозрачную жидкость (278 г), являющуюся смесью сложных метиловых эфиров жирных кислот с газойлем.

Смесь имеет число омыления 178 мг КОН/г, содержит около 85 вес. о/о сложных эфиров и

15 вес. % газойля. Выход смеси сложных эфиров с газойлем около 53 г на 100 г сырых липоидов.

Часть (85,7 г) этой смеси обрабатывают, как указано в примере 8, и получают очищенные жирные кислоты (70,2 г), имеющие число нейтрализации 217 лг КОН/г. Это соответствует выходу 41 г кислот на 100 г сырых липоидов. В жидком виде эти кислоты бесцветны и прозрачны.

П р и м е.р 12. Липоидный экстракт

«TL-26-УК» (504 г) нагревают, применяя обратный холодильник, с метанолом (1800 мл) и концентрированной серной, кислотой (50 мл) в атмосфере азота в течение 20 час. Затем реакционную смесь промывают водой (1 л), отделяют органический слой и при разгонке собирают фр акцию, кипящую при 90 С/

0,1 мм рт, ст. Этот погон растворяют в н-rerr10 тане (300 мл) и фильтруют через слой активированного угля. После удаления растворителя (90 С/1,5 мм рт. ст,) получают почти бесцветную жидкость. Выходу смеси сложного метилового эфира жирной кислоты с газой15 лем, 61 г на 100 г сырых липоидов.

Часть этой смеси (99,5 г) обрабатывают, как указано в примере 6. Получают очищенные жирные кислоты (76,7 г), имеющие число нейтрализации 204 мг КОН/г. Это соответст20 вует выходу жирных кислот 47 г на 100 г сырых липоидов. Кислоты светло-желтого цвета.

Предмет изобретения

1. Способ выделения высших карбоновых

25 кислот и их сложных эфиров из липоидных экстрактов, являющихся отходами в производстве биомассы из парафинов, отличающийся тем, что исходное сырье нагревают не выше точки кипения с низшим алкиловым спиртом

30 в присутствии кислого или основного агента, из полученной при этом реакционной массы отгоняют алкиловый спирт и фракцию, кипящую при 124 — 186 С/0,5 мм, которую последовательно омыляют спиртовой щелочью, упа35 ривают и полученный твердый остаток экстрагируют растворителем, не растворяющим соли целевых кислот, с последующим выделением целевых продуктов известными приемами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

40 после проведения нагревания исходного сырья с алкиловым спиртом реакционную массу промывают водой.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нагревание исходного сырья с алкиловым

45 спиртом ведут в атмосфере инертного газа,