339041

33904 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз Саветскиа Социалистические Республикависимыи атентаМ. Кл. С 07 с 51/4 аявлено 27.Ч 11,1969 ( 1358679/2 П 1.1968,41539/68, Велико ритет 3тания Комитет по деламобретений и открытийри Совете МинистровСССР УДК 665,122,03(088.8.1972. Бюллетень16 публикован Дата опубликования описания 28.Ч 1.197 Автор изобретения остранецэвид Форбесобритания)иная фирмалеум Компани Лимитедобритания) лан Д Вели явитель Иностр итиш Петроз ОСОБ ВЪДЕЛЕНИЯ ВЫСШИХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И ИХ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ2 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% 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 карбоновые5 кислоты в определенной степени,растворимыкак в водной, так и в органической фазах,соприкосновение между которыми приводитк образованию эмульсии. Образованию стойкой эмульсии способствует также наличие в10 липоидном экстракте остаточных дрожжевыхклеток, фосфолипидов, обладающих поверхностно-активными свойствами. Поэтому разделение липоидного экстракта и выделениенз него ценных продуктов является важной15 задачей,Согласно изобретению липоидный экстрактперерабатывают с выделением сложных эфиров, карбоновых кислот, которые могут быть О превращены в эфиры и другие ценные продукты.Способ осуществляют нагреванием не вышеточки кипения липоидного экстракта с низшим алкиловым спиртом, например метано лом, в присутствии как кислого (НС 1), так ищелочного (КОН) агента. Для предотвращения осмоления при последующей перегонке реакционную массу, содержащую кислый агент, промывают водой.Из полученной реакционной смеси отгоняют метанол и другие низкокипящие фракции и выделяют фракцию, кипящую при 124 - 18 бС (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 раствор после омыления разбавляют водой).В 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 обрабатывают 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 эфир - 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 экстракции 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,П р и м е р 1. Дрожжевые клетки вида СапЙда Рерса 1 т 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, н-гексана и воды, Твердые веще 5 1 О 15 го 25 зо 35 40 45 50 55 60 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 Т 1.-9,П р и м е р 2. Липоидный экстракт Т 1.-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 С, 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 2 н. соляной кислотой для осаждения жирных кислот, которые затем извлекают экстракцией н-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.П р и м е р 3, Липоидный экстракт Т 1.-9 (258 г) растворяют в н-гексане (200 мл). Раствор, полученный после фильтрования, служит источником получения экстракта Т 1.-31 (232 г), свободного от остаточных дрожжей и минеральных солей. Далее Т 1.-31 (100 г) нагревают, применяя обратный холодильник, с 4 н. соляной кислотой (200 мл) и метанолом (200 ил) 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 8 б - 160 С и 0,15 мм рт, ст. и вторую (47,3 г), кипящую в пределах 1 б 0 - 168 С и 0,15 мм рт. ст,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.П р и м е р 4, Липоидный экстракт, не содержащий твердых веществ, Т 1.-9-31 (100 г) (Т 1.-9-31) получают осаждением сырых липоидов Т 1.-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.Пример 5. Липоидный экстракт Т 1.-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 (2 бг на 150 мл этанола) в течение 45 мин, Гидрат окиси калия применяют в избыточном количестве, составляющем примерно 150 вес. %, 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 Сн до Св атомов углерода и представляют собой смесь насыщенных и ненасыщенных кислот. Основным компонентом является гептадецен-овая кислота (приблизительно 40%). Кислоты могут быть выделены с помощью хроматографического или какого-либо другого подходящего способа, однако для некоторых видов применения пригодна смесь кислот,П р и м е р б, Липоидный экстракт Т 1.-9 (449 г) нагревают, применяя обратный холодильник с метанолом (2: 1) и концентрированной серной кислотой (25 мл) в течение24 час в атмосфере азота, Полученную реакционную смесь промывают водой (1 л), отде 5 ляют органический слой и нагревают при тем.пературе 90 С/15 мм рт, ст. для удаления воды и метанола. Остаток перегоняют в вакуумеи 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 ней 15 трализации 187 мг КОН/г, Это соответствуетвыходу 46 г жирных кислот на 100 г сырыхлипоидов.П р и м е р 7. Часть второй фракции (55,1 г),полученной в примере 6, нагревают, применяя20 обратный холодильник с гидратом окиси калия (18 г, 100%-ный молярный избыток) вметаноле (130 мл) в течение 45 мин. Метанолудаляют перегонкой (75 С при 15 мм рт. ст.),и остаток тщательно экстрагируют н-гептаном25 для удаления газойля, Остаточное твердоевещество растворяют в воде и подкисляют 2 н.соляной кислотой для осаждения жирных кислот, которые извлекают н-гептаном. Выход39 г кислот на 100 г сырых липоидов. Кисло 30 ты имеют число нейтрализации 211 мг КОН/г.П р и м е р 8. Часть второй фракции (55,8 г),полученной в примере 6, нагревают, применяяобратный холодильник, с гидратом окиси натрия (16 г, 100%-ный молярный избыток) в35 этаноле (130 мл) в течение 1 час. После отгонки этанола при температуре 90 С ч15 мм рт. ст. остаток обрабатывают, как указано в примере 2. Получают жирные кислотыс выходом 45 г на 100 г сырых липоидов.40 Кислоты имеют число нейтрализации 197 мгКОН/г.П р и м е р 9. Часть второй фракции (54,9 г),полученной в примере 6, нагревают, применяяобратный холодильник, с гидратом окиси45 натрия (16 г, 100%-ный молярный избыток) вметаноле (140 мл) в течение 1 час, Послеотгонки метанола при температуре 75 С и15 мм рт. ст. остаток тщательно экстрагируютп-гептаном (8 Х 300 мл) для удаления газой 50 ля. Остаточное вещество растворяют в воде иподкисляют 2 н. соляной кислотой для осаждения жирных кислот, которые извлекают затем экстрагированием н-гептаном. Выход 38 гкислот на 100 г сырого липонда, число нейтра 55 лизации 207 мг КОН/г,П р и м е р 10, Часть второй фракции339041 Составитель Г. Андион Техред Л. Богданова Редактор Л, Ушакова Корректор О. Тюрина Заказ 2200/ Изд. Уо 736 Тираж 448 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д 4/5 Типография, пр, Сапунова, 2 ют также, как и Т.-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 экстрактТ 1.-26-УК (504 г) нагревают, применяя обратный холодильник, с метанолом (1800 мл) и концентрированной серной, кислотой (50 мл) 5 в атмосфере азота в течение 20 час. Затемреакционную 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-геп 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 газой 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 соответст вует выходу жирных кислот 47 г на 100 г сырых липоидов. Кислоты светло-желтого цвета. Предмет изобретения1. Способ выделения высших карбоновых25 кислот и их сложных эфиров из липоидныхэкстрактов, являющихся отходами в производстве биомассы из парафинов, отличающийсятем, что исходное сырье нагревают не вышеточки кипения с низшим алкиловым спиртомЗО в присутствии кислого или основного агента,из полученной при этом реакционной массыотгоняют алкиловый спирт и фракцию, кипящую при 124 - 186 С/0,5 мм, которую последовательно омыляют спиртовой щелочью, упа 35 ривают и полученный твердый остаток экстрагируют растворителем, не растворяющим солицелевых кислот, с последующим выделениемцелевых продуктов известными приемами.2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что40 после проведения нагревания исходного сырья с алкиловым спиртом реакционную массупромывают водой,3. Способ по пп, 1 и 2, отличающийся тем,что нагревание исходного сырья с алкиловым45 спиртом ведут в атмосфере инертного газа,