專利名稱：從原料生產(chǎn)生物燃料和蛋白質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從原料提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及使用膨脹床吸附方法從原料聯(lián)合生產(chǎn)生物燃料和純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
生物燃料可以用于電力和熱量的中樞-和分散生產(chǎn)或用作汽油替代品。
在一種方法中，通過生長植物中的光合作用過程從陽光“捕獲”能量來保存生物燃料。然而，通常，與大部分其他燃料類型相比，生物燃料的一個優(yōu)點(diǎn)在于生物燃料是生物可降解的，并且因此如果泄漏，對環(huán)境是相對無害的。在汽車工業(yè)的早期使用了生物燃料。在德國，提供了依靠乙醇運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)，并且起初制得了依靠花生油運(yùn)行的柴油機(jī)。然而，由于原油(石油)的提煉非常便宜，因此在工業(yè)上優(yōu)選提供依靠較便宜的石油提煉物運(yùn)行的發(fā)動機(jī)，而不是依靠較貴的生物燃料。然而，生物燃料保留了令人稍微感興趣的燃燒成分，特別是在與石油的混合物中或在一些國家中作為汽油與從馬鈴薯發(fā)酵的乙醇的混合物，如德國和英國。然而，由于燃料使用的日益增加，并且在同時避免或限制對周圍環(huán)境的應(yīng)力，對環(huán)境相對無害的備選燃料產(chǎn)品，如生物燃料，已經(jīng)得到了更多的關(guān)注。因此，在2005年，生物能量，如生物燃料，占全世界能量消耗的大約15%，并且消耗持續(xù)增加中。目前可用的生產(chǎn)生物燃料方法的一個問題在于從該方法獲得的生物燃料產(chǎn)量不夠高，因此不能維持生物燃料的低價格，使其能與常用的礦物油相競爭。因此，令人感興趣的是將生物燃料的生產(chǎn)與可替換的高價值副產(chǎn)物的產(chǎn)生結(jié)合起來。一種這樣的產(chǎn)品可以是蛋白質(zhì)，其在傳統(tǒng)上是從餾出物中分離出來的，例如，已經(jīng)通過蒸餾從懸浮液除去乙醇后的餾出物。使用這種方法的問題在于在蒸餾過程的高溫處理過程中，蛋白質(zhì)將會變性，并且所產(chǎn)生蛋白質(zhì)的唯一適用性是作為動物補(bǔ)充劑。為了克服該問題，提出在蒸餾獲得乙醇前從懸浮液中分離出蛋白質(zhì)。然而，通過該方法獲得的蛋白質(zhì)產(chǎn)品顯示出由于所使用的非特定方法具有非常高含量的雜質(zhì)，使其不適用于人類食用。為了提供更純的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，提供使用常規(guī)的色譜，填充床吸附技術(shù)，然而，顯示出這是不理想的，因?yàn)樯a(chǎn)成本變得太高，并且生產(chǎn)時間也增加至不利的程度。因此，生產(chǎn)生物燃料和蛋白質(zhì)的改進(jìn)方法是有利的，該方法具有高度的生產(chǎn)力/單位成本，其是快速的，其是可再現(xiàn)的，其需要最少的操作步驟，其是特定的，以限制蛋白質(zhì)產(chǎn)品中的雜質(zhì)程度，并且其優(yōu)選與用于優(yōu)化生物燃料分離和蛋白質(zhì)純化的性能的自動化和半自動化系統(tǒng)相適應(yīng)。
發(fā)明概述
因此，本發(fā)明的目的是給解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題的方法和系統(tǒng)提供生物燃料和蛋白質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，本發(fā)明的一方面涉及從適用于生產(chǎn)生物燃料的原料或所述原料的衍生物提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法。該方法包括步驟(i)使原料或所述原料的衍生物接受至少一種從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理，(ii)分離步驟(i)中釋放的生物燃料，獲得分離的生物燃料，(iii)使原料或所述原料的衍生物接受至少一種提供原料懸浮液的第二種處理，和(iv)使來自步驟(iii)的原料懸浮液接受膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn) 品O本發(fā)明的另一個方面涉及從適用于生產(chǎn)生物燃料的原料或所述原料的衍生物提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法。該方法包括步驟(i)使原料或所述原料的衍生物接受至少一種從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理，(ii)分離步驟(i )中釋放的生物燃料，獲得分離的生物燃料，(iii)使原料或所述原料的衍生物接受至少一種提供原料懸浮液的第二種處理，( iv)使來自步驟(iii )的原料懸浮液接受吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，和其中所獲得的蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料。本發(fā)明的再一個方面是提供從適用于生產(chǎn)生物燃料的原料或所述原料的衍生物聯(lián)合生產(chǎn)分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括(a)用于使原料或所述原料的衍生物接受至少一種從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理的第一種裝置，(b)用于從原料或所述原料的衍生物分離釋放的生物燃料的第二種裝置，(C)用于使原料或所述原料的衍生物接受至少一種提供原料懸浮液的第二種處理的第三種裝置，和(d)用于提供純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的膨脹床吸附柱。以下將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。發(fā)明詳述生產(chǎn)生物燃料來替代燃油和天然氣是非常令人感興趣的，因?yàn)檫@是基于便宜的有機(jī)物質(zhì)(通常是纖維素、農(nóng)業(yè)和垃圾廢物)從有效的液體和氣體生物燃料的生產(chǎn)提供高能量產(chǎn)量的一種有效方式。此外，認(rèn)為生物燃料是非常環(huán)保的，因?yàn)橐呀?jīng)通過生長的植物從大氣二氧化碳中提取出生物燃料中的碳。因此，燃燒這些植物沒有導(dǎo)致地球大氣中二氧化碳的凈增加。因此，許多人將生物燃料看成是通過使用它們來替代不可再生能源以減少釋放到大氣中的二氧化碳含量的一種方法。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，涉及從適用于生產(chǎn)生物燃料的原料或所述原料的衍生物提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法。該方法包括步驟( i )使原料或所述原料的衍生物接受至少一種從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理，(ii)分離步驟(i )中釋放的生物燃料，獲得分離的生物燃料，(iii)使原料或所述原料的衍生物接受至少一種提供原料懸浮液的第二種處理，( iv)將來自步驟(iii )的原料懸浮液接受吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，和其中所獲得的蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品的等價物”涉及產(chǎn)品中存在的蛋白質(zhì)含量，其中已經(jīng)從蛋白質(zhì)含量的計(jì)算中去掉非蛋白質(zhì)物質(zhì)的含量。這還通過“100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品的”語句來表示，這也證明了只有蛋白質(zhì)產(chǎn)品組合物才是相關(guān)的并且不是非蛋白質(zhì)物質(zhì)。
非蛋白質(zhì)物質(zhì)涉及不是由如下的大有機(jī)化合物組成的物質(zhì)，該大有機(jī)化合物由直鏈排列的氨基酸構(gòu)成并且在一個氨基酸的羧基原子和另一個的氨基氮之間通過肽鍵連接在一起。非蛋白質(zhì)物質(zhì)可以是但不限于脂肪、糖、DNA、脂質(zhì)等。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所獲得蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，如基于干物質(zhì)至少20克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，例如，基于干物質(zhì)至少30克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，如基于干物質(zhì)至少40克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料。例如，基于干物質(zhì)至少50克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，如基于干物質(zhì)至少75克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，例如，至少基于干物質(zhì)至少100克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，如基于干物質(zhì)至少150克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，例如，基于干物質(zhì)至少200克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料。本發(fā)明的方法可以是提供生物燃料和蛋白質(zhì)產(chǎn)品的連續(xù)方法。在本發(fā)明中，術(shù)語“連續(xù)方法”涉及在方法中沒有涉及任何空間或空穴或在各個操作之間引起任何不需要延遲的方法。此外，術(shù)語“連續(xù)方法”還可以表示該方法可以進(jìn)行或運(yùn)行而不需要人的體力勞動。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及從適用于生產(chǎn)生物燃料的原料或所述原料的衍生物提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法。該方法包括步驟( i )使原料或所述原料的衍生物接受至少一種從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理，(ii)分離步驟(i )中釋放的生物燃料，獲得分離的生物燃料，(iii)使原料或所述原料的衍生物接受至少一種提供原料懸浮液的第二種處理，和(iv)使來自步驟(iii)的原料懸浮液接受膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)
品O在本發(fā)明的實(shí)施方案中，在進(jìn)行步驟(i i i )和(i V )之前進(jìn)行步驟(i )和(i i )。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，在進(jìn)行步驟(i)和(ii)之前進(jìn)行步驟(iii)和(iv)。MM根據(jù)本發(fā)明方法的目標(biāo)可以是用于原料的工業(yè)或大規(guī)模分級，用于生產(chǎn)生物燃料和蛋白質(zhì)廣品。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，原料或所述原料的衍生物是含有生物燃料的原料或所述含有生物燃料的原料的衍生物。在本發(fā)明另一個實(shí)施方案中，適用于生物燃料生產(chǎn)的原料或所述原料的衍生物選自植物材料、植物材料的衍生物、動物材料或動物材料的衍生物。優(yōu)選，植物材料或植物材料的衍生物選自植物衍生的原料、植物衍生的提取物、水果衍生的原料、水果衍生的提取物、種子、含有碳水化合物的原料、含有淀粉的原料、含有纖維素的原料、玉米、草、苜蓿、谷物、谷類、大豆、亞麻子、油菜籽、甘蔗、棕櫚原料、稻草、木材、肥料、水稻、外殼、污水、花生、馬鈴薯、生物可降解廢物和食物殘留物。優(yōu)選，動物材料選自魚、魚衍生的原料、奶、奶衍生的原料。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“所述原料的衍生物”指的是涉及從原料獲得的任何原料或原料的一部分?？梢栽谠辖邮苋我环N處理后獲得所述原料的衍生物，這種處理特別是，但不限于，提取、壓碾、碾磨、劈砍、壓榨、切碎、研磨、壓制、粉碎、破碎、溶解、懸浮、分離或其 任何組合。第一種處理在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“第一種處理”涉及原料或所述原料衍生物的處理，其導(dǎo)致生物燃料從原料或所述原料的衍生物中釋放出來。隨后，可以從原料中分離出任何釋放的生物燃料。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“釋放的生物燃料”或“正在釋放的生物燃料”可交換使用，并涉及將原料接受任一種從原料形成、排放、提取生物燃料的處理后從原料獲得的生物燃料。通常，對于從原料釋放生物燃料，存在許多不同的方法，并且原料的第一種處理可以選自以下非限制性方法提取、壓碾、碾磨、劈砍、壓榨、切碎、研磨、壓制、粉碎、破碎或其任何組合，優(yōu)選壓碾、碾磨、劈砍、切碎、研磨、粉碎或破碎，接著為提取、壓榨或壓制的組合。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，可以通過選自壓制、提取、發(fā)酵或其任何組合的一種或多種方法從原料釋放生物燃料。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以通過壓制原料或所述原料的衍生物和/或通過使原料或所述原料的衍生物接受提取和/或通過使原料或所述原料的衍生物接受發(fā)酵處理，從原料或所述原料的衍生物直接獲得生物燃料。壓制可以通過使原料或所述原料的衍生物接受壓制來獲得在原料或所述原料的衍生物中天然產(chǎn)生的生物燃料。在這種方法中，可以在所獲得的液相中找到生物燃料。隨后，可以使剩余的固相接受提取和/或發(fā)酵，以從原料或所述原料的衍生物獲得更多的生物燃料。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以通過使含油種子接受機(jī)械處理，如使用或未使用有機(jī)溶劑(如，己烷)的壓制，從原料如含油種子或所述原料的衍生物獲得生物燃料?？梢允褂谜ビ蜋C(jī)或螺旋壓榨機(jī)機(jī)械提取生物燃料。壓制范圍從單獨(dú)可以構(gòu)建的手動模型到電力驅(qū)動的商業(yè)壓制。螺旋壓榨機(jī)在一端蓋好的臥式汽缸內(nèi)具有旋轉(zhuǎn)螺桿。螺桿迫使種子或果仁通過汽缸，逐漸增加壓力。生物燃料通過小孔或溝槽從汽缸中排出，并且一旦打開蓋子，從汽缸一端形成壓榨餅。對于不同種類的給料，可以調(diào)節(jié)壓力和溫度。原料的制備可以包括從種子去除外殼或種皮，并將種子與外殼分離。提取可以通過使原料或所述原料的衍生物接受提取處理來獲得原料或所述原料衍生物中天然存在的生物燃料。這樣的提取方法優(yōu)選是水提方法，其中生物燃料將形成自己的液相，因?yàn)樵诖蟛糠智闆r中，其與水不混溶。或者，可以使用有機(jī)溶劑來進(jìn)行提取方法。隨后，可以將來自提取方法的剩余固相接受壓制和/或發(fā)酵，以從原料或所述原料的衍生物獲得更多的生物燃料。通過水提方法從原料或所述原料的衍生物如含油種子中釋放生物燃料時，可以避免機(jī)械壓制步驟和可能使用的有機(jī)溶劑(如，己烷)。水提方法可以涉及使用酶，以提高生物燃料提取產(chǎn)量和/或蛋白質(zhì)產(chǎn)品提取產(chǎn)量。通過例如浮選、潷析或離心從含水提取物中分離出生物燃料。在生物燃料的水提情況中，可以同時或按序從固體中提取出蛋白質(zhì)和生物燃料?？梢詮奶崛∥镂讲⒓兓鞍踪|(zhì)之前或之后，從水提取物中分離出油。 發(fā)酵可以通過使原料或所述原料的衍生物接受發(fā)酵過程來產(chǎn)生、釋放或合成產(chǎn)生生物燃料，該發(fā)酵過程提供含生物燃料的發(fā)酵過的物質(zhì)。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，發(fā)酵過程選自醇發(fā)酵(如甲醇發(fā)酵、乙醇發(fā)酵、丙醇發(fā)酵或丁醇發(fā)酵)、甲烷發(fā)酵和氫發(fā)酵。為了進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的發(fā)酵過程，可以通過選自酵母、細(xì)菌和藻類的一種或多種微生物來進(jìn)行發(fā)酵。優(yōu)選，該一種或多種微生物可以是甲烷產(chǎn)生細(xì)菌。甲烷產(chǎn)生細(xì)菌選自甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、甲燒短桿菌屬(Methanobrevibacter)、甲燒嗜熱菌屬(Methanothermus)、甲燒球菌(Methanococcus)、甲燒微菌屬(Methanomicrobium)、產(chǎn)甲燒菌屬(Methanogenium)、甲燒螺菌屬(Methanospirillum)、甲燒盤菌屬(Methanoplanus)、甲燒球形菌屬(Methanosphaera)、甲燒八疊球菌屬(Methanosarcina)、甲燒葉菌屬(Methanolobus)、甲燒袋狀菌屬(Methanoculleus)、甲燒絲菌屬(Methanothrix)、鬃毛甲燒菌屬(Methanosaeta)、甲燒嗜熱菌屬(Methanopyrus)和甲燒粒菌屬(Methanocorpusculum) ο此外，一種或多種微生物選自釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、畢赤氏酵母屬(Pichia)、熱厭氧桿菌屬(Thermoanaerobacter)和發(fā)酵單胞菌屬(Zymomonas)。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)酵過程提供了含有生物燃料的發(fā)酵液，并且發(fā)酵液可以含有至少2% (w/w)生物燃料,如至少4% (w/w)生物燃料,例如，至少6% (w/w)生物燃料,如至少8%(w/w)生物燃料,例如,至少10% (w/w)生物燃料。根據(jù)本發(fā)明獲得的生物燃料，優(yōu)選通過壓制、提取、發(fā)酵或其任何組合物獲得的生物燃料，可以通過分離過程從發(fā)酵過的物質(zhì)中分離出來。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，分離過程可以選自蒸發(fā)、提取、蒸餾、離心、潷析或其任意組合。使任選接受不同預(yù)處理的含碳水化合物原料接受發(fā)酵，使用例如產(chǎn)生乙醇的酵母菌株。發(fā)酵后，通過例如蒸發(fā)/蒸餾從發(fā)酵液中分離出乙醇?？梢栽谶^程的幾個不同階段分離發(fā)酵過程中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)
(i)如果原料含有蛋白質(zhì)，可以通過在開始發(fā)酵過程之前合適點(diǎn)的吸附過程來純化。(ii)或者，可以在發(fā)酵后并在分離生物燃料之前或之后，從發(fā)酵液中純化蛋白質(zhì)。發(fā)酵后，發(fā)酵液將含有源自原料的蛋白質(zhì)和肽以及源自在發(fā)酵培養(yǎng)基中生長的酵母的蛋白質(zhì)。任選，可以將酵母細(xì)胞破裂，使得將更多的蛋白質(zhì)釋放至待純化的發(fā)酵液中?？梢酝ㄟ^機(jī)械或化學(xué)方法將細(xì)胞破裂，這些方法包括高壓均質(zhì)、珠磨機(jī)械破裂、超聲波和自溶(該步驟中可以涉及酶和/或有機(jī)溶劑)。(iii)或者，可以從首先已經(jīng)從大量發(fā)酵液中分離出來的酵母細(xì)胞中純化蛋白質(zhì)。隨后，將酵母細(xì)胞破裂來有效地釋放蛋白質(zhì)，如上所述。第二種處理在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“第二種處理”涉及原料或所述原料的衍生物的處理，其導(dǎo)致提供可以應(yīng)用于吸附過程的懸浮液，優(yōu)選應(yīng)用于膨脹床吸附過程，其可以用來純化蛋·白質(zhì)廣品。存在各種適用于原料或所述原料衍生物第二種處理的方法，以獲得懸浮液。優(yōu)選，第二種處理選自提取、溶解、壓碾、碾磨、劈砍、壓榨、切碎、研磨、壓制、粉碎、破碎、懸浮和分離或其任意組合。優(yōu)選，可以將原料或所述原料的衍生物懸浮于水溶液中，提供含水原料懸浮液。優(yōu)選，第一種處理和/或第二種處理可以提供固相和至少一種液相。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以從固相或固相的衍生物中分離/純化生物燃料和/或蛋白質(zhì)廣品。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，可以從液相或液相的衍生物分離/純化生物燃料和/或蛋白質(zhì)廣品。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，在接受第二種處理之前和/或在接受吸附過程，優(yōu)選膨脹床吸附過程以獲得純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品之前，將從步驟(ii)中分離釋放的生物燃料獲得的固相懸浮于水相中。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，第二種處理涉及從生物燃料分離后剩余的固體中提取蛋白質(zhì)?？梢酝ㄟ^任一種機(jī)械方法來破碎固體并加入水或含水緩沖液，以溶解來自固體的蛋白質(zhì)。可以在不同的溫度、PH和鹽濃度下進(jìn)行提取，并持續(xù)不同的時間長，以提供最高產(chǎn)量的可溶性蛋白質(zhì)。還可以加入酶，以提高蛋白質(zhì)提取產(chǎn)量。將從吸附過程獲得的蛋白質(zhì)產(chǎn)品(從吸附劑中洗脫出來的)接受任選的超濾步驟，以濃縮蛋白質(zhì)。優(yōu)選，可以將來自超濾步驟的透過物返回更多固體的處理中，以最小化水消耗。吸附過程在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，可以通過吸附過程來純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品。因?yàn)樗P(guān)心的是提供快速、特異性的純化蛋白質(zhì)的方法，以限制蛋白質(zhì)產(chǎn)品中雜質(zhì)的程度，因此優(yōu)選吸附過程是膨脹床吸附過程或流化床吸附過程、分批吸附、懸浮床吸附和膜基吸附。最優(yōu)選，吸附過程可以是膨脹床吸附。在近些年發(fā)展的各種工業(yè)色譜分離技術(shù)中，已經(jīng)將膨脹床吸附(EBA)成功地引入了生物技術(shù)工業(yè)的特定領(lǐng)域中。EBA是流化床吸附的一種類型，其中返混的水平保持最小。與其他色譜分離技術(shù)相比，EBA給予了顯著的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榭梢灾苯邮褂梦闯吻宓慕o料。在EBA過程中，使得在施加液體流時，吸附床在色譜柱內(nèi)膨脹。通常在柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)床的膨脹，該柱子在每端提供了覆蓋柱子橫截面區(qū)域的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，或一些其他的帶孔裝置，這使得不在流動中產(chǎn)生瑞動。參見，例如，W0-A-9218237 (Amersham Pharmacia Biotech AB,Sweden)ο 在使用 W0-A-9200799 (UpFro nt Chromatography A/S)攪拌輸入流的系統(tǒng)中也觀察到了相同的效果。此外，其他分配器同樣可行。在膨脹床狀態(tài)中，吸附劑顆粒之間的距離導(dǎo)致原料流中的顆粒雜質(zhì)自由通過。相反，傳統(tǒng)的填充床作為可以阻塞的深度濾器來工作，導(dǎo)致增大的背壓，除非進(jìn)料是徹底澄清的。因?yàn)樵贓BA柱中沒有顯著的壓力增大，可以應(yīng)用EBA而沒有通常與填充床柱相關(guān)的大小和流速的限制。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，吸附過程不涉及填充床。EBA過程的特征在于柱內(nèi)非常有限的液體返混，與公知的湍動流化床相對。通常按軸向分散來測量床中的返混(“容器分散數(shù)”(vessel dispersion number)),參見Levenspiel, “Chemical Reaction Engineering”(化學(xué)反應(yīng)工程)，第 2 版，John Wiley &Sons (1972)。將原料懸浮液接受吸附過程之前，該方法可以在原料懸浮液接受膨脹床過程獲得純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品之前進(jìn)一步包括PH調(diào)節(jié)步驟?？梢砸灾辽?cm/min,如至少5cm/min,例如,至少8cm/min,如至少10cm/min,例如20cm/min的線性流速，將原料懸浮液施加至吸附柱，來有效地進(jìn)行純化。通常，在5_50cm/min范圍中，如5_15cm/min范圍中，例如，10-30cm/min范圍中，如25-50cm/min范圍中選擇流速。將原料懸浮液加入吸附柱中時，可以優(yōu)化柱中存在的吸附劑顆粒和原料懸浮液之間的比例，以保持吸附柱的高容量和獲得待純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品的高純度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，柱中存在的吸附劑相對于待裝載于柱上的含蛋白質(zhì)混合物的比例基于體積/體積測量為至少1:1000，如至少1:800，例如，至少1:600，如至少1:400，例如，至少1:300，如至少1:200，例如，至少1:100，如至少1:50，例如，至少1:30，如至少1:15，例如，1:10，如1:5。為了獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，可以通過本領(lǐng)域常用的和已知的任何方法來進(jìn)行洗脫。在備選的并且非常合適的本發(fā)明實(shí)施方案中，可以使用溶液進(jìn)行吸附蛋白質(zhì)產(chǎn)品的洗脫，通常該溶液選自稀堿、稀酸和水。在其中使用這樣的溶液進(jìn)行洗脫或洗滌步驟的實(shí)施方案中，溶液是稀釋的，使得最小化洗脫產(chǎn)物中鹽和其他不需要物質(zhì)的含量。優(yōu)選，用于洗脫生物分子物質(zhì)的稀酸或堿具有低于50mM的鹽濃度，優(yōu)選低于30mM，甚至更優(yōu)選低于20mM。對含有蛋白質(zhì)或待分離蛋白質(zhì)的洗脫部分直接進(jìn)行鹽濃度的測定，沒有另外稀釋洗脫部分?？梢允褂贸Ｒ姷?、低成本的和無毒的酸和堿。特別優(yōu)選的是堿氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(Κ0Η)、氫氧化鈣(Ca (OH) 2)、氫氧化銨(NH4OH)。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以使用含有低于5% (v/v)有機(jī)溶劑的洗脫液來進(jìn)行洗脫，如含有低于3% (v/v)有機(jī)溶劑，例如，低于1% (v/v)有機(jī)溶劑，如0% (v/v)有機(jī)溶劑。吸附劑
根據(jù)本發(fā)明的吸附過程涉及吸附劑。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“吸附劑”涉及吸附柱中存在的整個床，并且術(shù)語“吸附劑顆粒”可以與“顆?！被Q使用，并涉及構(gòu)成吸附劑的單獨(dú)的單個顆粒。流速、顆粒的大小和顆粒的密度都對流化床的膨脹有影響，并且對控制膨脹的程度是重要的，以這樣的方式將顆粒保持在柱內(nèi)?？梢园凑咋?Η0來測定膨脹度，其中HO是填充床模式中的床高，而H是膨脹模式中的床高。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，膨脹度Η/Η0在 L 0-20,如 I. 0-10,例如，I. 0-6，如 I. 2-5,例如，I. 5-4,如 4-6，如 3-5，例如，3-4，如 4-6范圍中。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施方案中，膨脹度Η/Η0為至少I. O，如至少1. 5，例如，至少2，如至少2. 5，例如，至少3，如至少3. 5，例如，至少4，如至少4. 5，例如，至少5，如至少
5.5，例如，至少6，如至少10，例如，至少20。吸附劑顆粒的密度為至少I. 3g/mL,更優(yōu)選至少I. 5g/mL,再更優(yōu)選 至少I. 8g/mL,甚至更優(yōu)選至少2. Og/mL,更優(yōu)選至少2. 3g/mL,甚至更優(yōu)選至少2. 5g/mL,最優(yōu)選至少2. 8g/mL,以確保過程的高生產(chǎn)力。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，吸附劑顆粒具有至多150 μ m，特別是至多120 μ m，更特別是至多100 μ m,甚至更特別是至多90 μ m,再更特別是至多80 μ m,再更特別是至多70 μ m的平均粒徑。通常，吸附劑顆粒具有40-150 μ m,如40-120 μ m,例如，40-100，如40-75，例如，40-50 μ m范圍中的平均粒徑。在優(yōu)選實(shí)施方案的組合中，其中平均顆粒直徑為150 μ m或更低，顆粒密度為至少
1.5g/ml,如至少I. 8g/mL·平均粒徑為120 μ m或更低時,顆粒密度為至少I. 6g/mL,更優(yōu)選為至少1.9g/mL。平均顆粒直徑低于90 μ m時,密度必須為至少I. 8g/mL或更優(yōu)選為至少
2.Og/mL。平均顆粒直徑低于75 μ m時，密度必須為至少2. Og/mL,更優(yōu)選為至少2. 3g/mL,更優(yōu)選為至少2. 5g/mL,并且最優(yōu)選為至少2. 8g/mL。在很大程度上，通過包含特定比例的密集無孔核物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)吸附劑顆粒的高密度，該物質(zhì)具有至少4. Og/mL的密度，如至少5. O。通常，密集無孔核物質(zhì)具有約4. 0-25g/ml,如約 4. 0_20g/ml,例如，約 4. 0_15g/mL,如 12_19g/ml,例如，14_18g/ml,如約
6.0-15. Og/ml，例如，約6. 0-10g/ml范圍中的密度。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，吸附劑包括具有功能化基質(zhì)聚合物的顆粒，該聚合物攜帶多個共價連接的官能團(tuán)，其包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)。優(yōu)選，包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)的官能團(tuán)具有至多500道爾頓的分子量。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)的官能團(tuán)形成對蛋白質(zhì)具有親和性的配體或配體的一部分。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，雜芳香部分可以選自單環(huán)雜芳香基，其選自噻吩、呋喃、吡喃、吡咯、咪唑、吡唑、異噻唑、異噁唑、吡啶、哌嗪、嘧啶和噠嗪基；和雙環(huán)雜芳香基，其選自吲哚、嘌呤、喹啉、苯并呋喃、苯并咪唑、苯并噻唑和苯并噁唑基。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，酸性基團(tuán)選自羧酸基團(tuán)(-C00H)、磺酸基團(tuán)(-SO2OH )、亞磺酸基團(tuán)(-S (0) OH )、次膦酸基團(tuán)(-PH (0) (OH))、膦酸單酯基團(tuán)(-P (0) (OH)(OR))和膦酸基團(tuán)(-P(O) (OH)2).優(yōu)選，包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)的官能團(tuán)可以源自選自以下的化合物二羥基-苯甲酸、氨基-苯甲酸、二氨基-苯甲酸、巰基-苯甲酸、巰基-煙酸、巰基-四唑醋酸、苯并咪唑、苯并噻唑、苯并噁唑、二酸、2，5-二羥基-苯甲酸、2-氨基-苯甲酸、3-氨基-苯甲酸、4-氨基-苯甲酸、2-巰基-苯甲酸、2-巰基-煙酸、5-巰基-I-四唑醋酸、2-巰基-苯并咪唑、4-氨基鄰苯二甲酸和5-氨基間苯二甲酸。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)的官能團(tuán)的濃度為10-990 μ mol/g固相基質(zhì)的干物質(zhì)。本發(fā)明的再一個實(shí)施方 案中，包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)的官能團(tuán)的濃度為1-145μπι01/πι1水合的、沉淀的固相基質(zhì)。本發(fā)明的再一個實(shí)施方案中，包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)的官能團(tuán)的濃度為1-130 μ mol/g潮濕的,但吸出排水的固相基質(zhì)。無孔核通常構(gòu)成吸附劑顆?？傮w積的至多50%，如至多40%，優(yōu)選至多30%。根據(jù)本發(fā)明所用的吸附劑顆?？梢灾辽俨糠值乜赏高^待分離的生物分子物質(zhì)，以確保顯著的結(jié)合能力，與只在其表面上結(jié)合目標(biāo)分子的不可透過的顆粒相反，其導(dǎo)致相對低的結(jié)合能力。吸附劑顆粒可以具有不同結(jié)構(gòu)、組成和形狀的陣列。因此，吸附劑顆?？梢杂啥喾N化學(xué)衍生的多孔材料構(gòu)成，該材料具有所需的密度和結(jié)合能力，使得本身以給定的速率運(yùn)行。顆粒是聚結(jié)型，如WO 92/00799中所述的，具有至少兩個由多孔材料圍繞的無孔核，或是薄膜型，具有單個由多孔材料圍繞的無孔核。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“聚結(jié)型”涉及顆粒物質(zhì)的粒子，其包含不同類型和大小的核心材料的珠子，由聚合基礎(chǔ)基質(zhì)結(jié)合在一起，例如由兩種或多種由外周瓊脂糖(聚合基礎(chǔ)基質(zhì))結(jié)合在一起的高密度粒子組成。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“薄膜型”涉及顆粒的復(fù)合物，其中每個顆粒僅有一種覆蓋著多孔聚合基礎(chǔ)基質(zhì)的高密度核心材料，例如，覆蓋著瓊脂糖的高密度不銹鋼珠組成。因此，術(shù)語“至少一種高密度無孔核”涉及包含單種高密度無孔顆粒的薄膜核，或涉及包含超過一種的高密度無孔顆粒的聚結(jié)核。如所述的，吸附劑顆粒，包含高密度無孔核，核周圍具有多孔材料，并且所述多孔材料任選在其外表面包含配體。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“核”涉及吸附劑顆粒內(nèi)部存在的一種或多種無孔核顆粒。一種或多種核顆粒在多孔材料內(nèi)是偶然分布的，并且不限于位于吸附劑顆粒的中心。合適的無孔核物質(zhì)的實(shí)例是無機(jī)化合物、金屬、重金屬、非金屬元素、金屬氧化物、非金屬氧化物、金屬鹽和金屬合金等，只要滿足上述密度標(biāo)準(zhǔn)。這樣的核物質(zhì)實(shí)例是金屬硅酸鹽、金屬硼硅酸鹽；陶瓷，包括二硼化鈦、碳化鈦、二硼化鋯、碳化鋯、碳化鎢、碳化硅、氮化鋁、氮化硅、氮化鈦、氧化釔、金屬硅粉末和二硅化鑰；金屬氧化物和硫化物，包括鎂、鋁、鈦、釩、鉻、鋯、鉿、錳、鐵、鈷、鎳、銅和銀氧化物；非金屬氧化物；金屬鹽，包括硫酸鋇；金屬元素，包括鶴、錯、鈦、鉿、f凡、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、銦、銅、銀、金、鈕、鉬、釕、鋨、錯和銥，以及金屬元素的合金，如所述金屬元素之間形成的合金，例如，不銹鋼；結(jié)晶和無定形形式的碳，包括石墨、碳黑和木炭。優(yōu)選的無孔核物質(zhì)是尿素鎢、鎢、鋼和鈦珠，如不銹鋼珠。多孔材料是聚合基礎(chǔ)基質(zhì)，用作覆蓋并將多個(或單個)核物質(zhì)保持在一起的方式，以及作為結(jié)合吸收配體的方式?？梢栽谔囟愋偷奶烊换蚝铣捎袡C(jī)聚合物中尋找聚合基礎(chǔ)基質(zhì)，通常選自i)天然和合成多糖以及其他碳水化合物基的聚合物，包括瓊脂、海藻酸鹽、卡拉膠、瓜爾豆膠、阿拉伯樹膠、軋的樹膠、黃芪膠、刺梧桐樹膠、角豆莢膠、黃原膠、瓊脂糖、纖維素、果膠、粘液素、葡萄糖、淀粉、肝素、殼聚糖、羥基淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素和羧甲基纖維素；ii)合成的有機(jī)聚合物和形成聚合物的單體，包括丙烯酸聚合物、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚醚、聚乙烯化合物、聚烯烴及其衍生物，以及含有超過一種這樣功能聚合物的共聚合物，及其取代的衍生物；和iii)混合物。優(yōu)選的聚合基礎(chǔ)基質(zhì)組是多糖，如瓊脂糖。根據(jù)相關(guān)應(yīng)用中所用的方法條件測試時，連接吸附劑的配體通常提供至少IOg生物分子物質(zhì)/升的動力學(xué)結(jié)合能力，更優(yōu)選至少20g/升，再更優(yōu)選至少30g/升?？梢愿鶕?jù)其與牛血清白蛋白(BSA)的結(jié)合能力來測定吸附劑的結(jié)合能力。根據(jù)測試方法A，吸附劑的結(jié)合能力通常使得結(jié)合至少10g/L BSA。 方法A是用于測定選定吸附劑的牛白蛋白結(jié)合能力的方法，由以下過程組成牛血清白蛋白溶液pH4. O (BSA pH4. O):將純化的牛血清白蛋白(A 7906，Sigma,USA)溶解于20mM檸檬酸鈉pH 4. O中至2mg/ml的終濃度。用50體積20mM檸檬酸鈉pH4. O洗滌吸附劑并在吸濾器上排干。將I. Oml吸濾排干的吸附劑樣品置于50ml試管中，接著加入30mlBSA，pH4. O。然后用塞子將試管塞住，并將懸浮液在室溫下(20_25°C)在滾筒混合機(jī)上孵育2小時。然后將試管在2000RPM下離心5min，以完全沉淀吸附劑。然后通過吸移至分開的試管中，從吸附劑中分離出上清液，避免攜帶任何吸附劑顆粒并通過小的非吸收O. 2 μ m濾器(Millipore，USA)過濾。此后，通過在分光光度計(jì)上280nm下測定光密度(OD)來進(jìn)行上清液中非結(jié)合BSA的濃度。然后根據(jù)以下的公式計(jì)算結(jié)合吸附劑的BSA含量結(jié)合的mg BSA/ml吸濾排干的吸附劑=(1_ (測試上清液的0D/BSA起始溶液的OD)) X60mg BSA/ml 吸附劑。進(jìn)一步的處理可以將原料或所述原料的衍生物接受進(jìn)一步的處理，形成部分水解的原料。這種進(jìn)一步處理涉及濕式氧化、蒸汽噴發(fā)或酶處理。優(yōu)選，將原料和/或部分水解的原料接受選自酶水解、酸水解或堿水解的水解，導(dǎo)致提高的生物燃料釋放和/或含有提高含量的可發(fā)酵糖和/或提高含量的可溶性蛋白質(zhì)的原料懸浮液。傳統(tǒng)上，濕式氧化過程在氧化劑存在下在含水介質(zhì)中進(jìn)行，氧化劑與固相中存在的成分氧化反應(yīng)。蒸汽噴發(fā)是熱-機(jī)械-化學(xué)過程，結(jié)合了熱(作為蒸汽)、機(jī)械力(剪切作用)和化學(xué)作用(水解)的存在。兩種預(yù)處理的結(jié)果是細(xì)胞壁內(nèi)部微纖維填充的改變和纖維的破裂，這使得纖維素對水解酶的接近性提高。過程中的最佳溫度和反應(yīng)時間根據(jù)原料的種類而不同。進(jìn)一步處理后，用酶處理部分分離的原料，以釋放可以發(fā)酵成乙醇以及生物燃料的糖和/或蛋白質(zhì)廣品。從該進(jìn)一步處理獲得的新固相和新液相可以作為原料的衍生物用于生產(chǎn)生物燃料和/或蛋白質(zhì)廣品。
生物燃料在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，生物燃料可以選自油、甲醇、甲烷、乙醇、丙醇、丁醇、氫和生物柴油，然而，生物燃料不限于所列的生物燃料，還包括通過本發(fā)明方法產(chǎn)生的其他明顯生物燃料。蛋白質(zhì)廣品在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“蛋白質(zhì)產(chǎn)品”涉及單種蛋白或一種或多種蛋白質(zhì)的混合物，蛋白質(zhì)由排列成直鏈并且在一個氨基酸的羧基原子和另一個氨基酸的胺氮之間通過肽鍵連接在一起的氨基酸組成。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，蛋白質(zhì)產(chǎn)品含有有限量的非蛋白質(zhì)物質(zhì)，如脂肪、糖、DNA、脂質(zhì)等。優(yōu)選,蛋白質(zhì)產(chǎn)品含有至多20% (w/w)非蛋白質(zhì)物質(zhì),如至多15% (w/w)非蛋白質(zhì)物質(zhì)，例如，至多10%非蛋白質(zhì)物質(zhì)，如至多5% (w/w)非蛋白質(zhì)物質(zhì)，例如，至多2%非蛋白質(zhì)物質(zhì)，如至多1% (w/w)非蛋白質(zhì)物質(zhì)，例如，至多O. 5%非蛋白質(zhì)物質(zhì)。 在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，至少50%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成,如至少60%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成，例如，至少70%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成，如至少80%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成，例如，至少90%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成，如至少95%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成，例如，至少98%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成，如至少99%的蛋白質(zhì)產(chǎn)品由單種蛋白質(zhì)組成。系統(tǒng)本發(fā)明進(jìn)一步涉及從適用于產(chǎn)生生物燃料的原料或所述原料的衍生物聯(lián)合生產(chǎn)分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)用于將使料或所述原料的衍生物接受從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理的第一種裝置，(b)用于從原料或所述原料的衍生物分離釋放的生物燃料的第二種裝置，(C)用于使原料或所述原料的衍生物接受提供原料懸浮液的第二種處理的第三種裝置，和(d)用于提供純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的吸附柱。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，第一個容器和第二個容器是相同的。在本發(fā)明的再一個實(shí)施方案中，第一個容器、第二個容器、用于分離釋放的生物燃料的裝置和吸附柱可以互相連接。第一個容器、第二個容器、用于分離釋放的生物燃料的裝置和吸附柱可以形成用于生產(chǎn)生物燃料和蛋白質(zhì)產(chǎn)品的封閉系統(tǒng)。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語“封閉系統(tǒng)”涉及其中第一個容器、第二個容器、用于分離釋放的生物燃料的裝置和吸附柱全都相互連接的系統(tǒng)。這意味著第一個容器、第二個容器、用于分離釋放的生物燃料的裝置和膨脹床吸附柱之間沒有空間或孔洞。優(yōu)選，吸附柱可以選自膨脹床吸附柱或流化床吸附柱、分批吸附柱、懸浮床吸附柱和膜基吸附柱。最優(yōu)選，吸附柱為膨脹床柱。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，第一個容器連接用于分離釋放的生物燃料的裝置，其連接第二個容器，然后連接吸附柱。在本發(fā)明的再一個實(shí)施方案中，第一個容器連接用于分離釋放的生物燃料的裝置，其連接吸附柱。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，第一個容器連接吸附柱，其連接用于分離釋放的生物燃料的裝置。在本發(fā)明的再一個實(shí)施方案中，第一個容器連接用于分離釋放的生物燃料的裝置和第二個容器，并且第二個容器連接吸附柱。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，第一個容器連接用于分離釋放的生物燃料的裝置和吸附柱。在本發(fā)明的再一個實(shí)施方案中，第一個裝置和第三個裝置可以彼此獨(dú)立地選自容器、壓制裝置、提取裝置、過濾裝置、蒸發(fā)裝置、發(fā)酵裝置和蒸餾裝置。在本發(fā)明的再一個實(shí)施方案中，第二個裝置可以彼此獨(dú)立地選自容器、壓制裝置、提取裝置、過濾裝置、蒸發(fā)裝置、發(fā)酵裝置和蒸餾裝置。 更多的實(shí)施方案可以在方法的許多不同階段純化根據(jù)本發(fā)明的蛋白質(zhì)產(chǎn)品。這些不同的階段包括，但不限于-可以在分離生物燃料之前純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品，-使原料或所述原料的衍生物接受壓制和任選的提取，接著在分離生物燃料之前純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品，-可以在純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品之前分離生物燃料，-可以使原料或所述原料的衍生物接受壓制和任選的提取，接著在純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品之前分離生物燃料，-可以在原料或所述原料的衍生物接受壓制和任選的提取后并在進(jìn)行步驟(ii)中的發(fā)酵之前純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品，-可以使原料或所述原料的衍生物接受提取和任選的壓制，接著在分離生物燃料之前純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品，-可以使原料或所述原料的衍生物接受提取和任選的壓制，接著在純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品之前分離生物燃料，-可以在原料或所述原料的衍生物接受提取和任選的壓制之后并在進(jìn)行步驟
(ii)中的發(fā)酵之前純化蛋白質(zhì)產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)注意到在本發(fā)明一個方面的內(nèi)容中描述的實(shí)施方案和特征也適用于本發(fā)明的其他方面?，F(xiàn)在將在以下的非限制性實(shí)施方案中進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)施方案I :從含油種子生產(chǎn)蛋白質(zhì)和生物燃料。該方法包括以下步驟(i)使含油種子接受機(jī)械處理，如使用或不使用有機(jī)溶劑(例如，己烷)的壓制?？梢允褂谜ビ蜋C(jī)或螺旋壓榨機(jī)機(jī)械提取生物燃料。壓制范圍從單獨(dú)可以構(gòu)建的小的手動模型到電力驅(qū)動的商業(yè)壓制。螺旋壓榨機(jī)在一端蓋好的臥式汽缸內(nèi)具有旋轉(zhuǎn)螺桿。螺桿迫使種子或果仁通過汽缸，逐漸增加壓力。生物燃料通過小孔或溝槽從汽缸中排出，并且一旦打開蓋子，從汽缸一端形成壓榨餅。對于不同種類的給料，可以調(diào)節(jié)壓力和溫度。原料或所述原料衍生物的制備可以包括從種子去除外殼或種皮，并將種子與外殼分尚。(ii)從生物燃料分離后剩余的固體中提取蛋白質(zhì)產(chǎn)品?？梢酝ㄟ^任一種機(jī)械方法來破碎固體并加入水或含水緩沖液，以溶解來自固體的蛋白質(zhì)?？梢栽诓煌臏囟?、PH和鹽濃度下進(jìn)行提取，并持續(xù)不同的時間長，以提供最高產(chǎn)量的可溶性蛋白質(zhì)。還可以加入酶，以提高蛋白質(zhì)提取產(chǎn)量。(iii)蛋白質(zhì)提取物可以接受吸附過程，在吸附步驟過程中涉及沒有包裝在柱內(nèi)而是懸浮在攪拌罐、流化床或膨脹床中的吸附劑。(iv)任選，可以將吸附過程(從吸附劑洗脫的)獲得的蛋白質(zhì)產(chǎn)品接受超濾步驟，以濃縮蛋白質(zhì)產(chǎn)品?？梢詫碜猿瑸V步驟的滲透物返回更多種子餅的處理中，以最小化水的消耗。(V)可以通過不同的方法將來自步驟(iii)的未結(jié)合部分濃縮，這些方法包括蒸 發(fā)、蒸餾和膜濾，并且可以將任何冷凝液或滲透水返回更多種子固體的壓制/提取中。還可以通過水提方法從含油種子中釋放出生物燃料，因此避免機(jī)械壓制步驟和可能使用的有機(jī)溶劑(如，己烷)。水提方法可以涉及使用酶，以提高生物燃料提取產(chǎn)量和/或蛋白質(zhì)提取產(chǎn)量。通過例如浮選、潷析或離心從含水提取物中分離出生物燃料。在生物燃料的水提情況中，可以同時或按序從固體中提取出蛋白質(zhì)和生物燃料?？梢栽诘鞍踪|(zhì)已經(jīng)得到吸附并從提取物中分離出來之前或之后從含水提取物中分離出生物燃料。實(shí)施方案2 :通過原料的發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)和生物燃料。該方法包括以下步驟(i)使任選接受不同預(yù)處理的含碳水化合物原料接受發(fā)酵，使用例如產(chǎn)生乙醇的酵母株。發(fā)酵后，通過例如蒸發(fā)/蒸餾從發(fā)酵液中分離出乙醇。(ii)可以在過程的幾個不同階段分離發(fā)酵過程中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)(a)如果原料含有蛋白質(zhì)產(chǎn)品，可以通過在開始發(fā)酵過程之前合適點(diǎn)的吸附過程來純化。(b)或者，可以在發(fā)酵后并在分離生物燃料之前或之后，從發(fā)酵液中純化蛋白質(zhì)。發(fā)酵后，發(fā)酵液將含有源自原料的蛋白質(zhì)和肽以及源自在發(fā)酵培養(yǎng)基中生長的酵母的蛋白質(zhì)?？梢酝ㄟ^機(jī)械或化學(xué)方法將酵母細(xì)胞破裂，這些方法包括高壓均質(zhì)、珠磨機(jī)械破裂、超聲波和自溶(該步驟中可以涉及酶和/或有機(jī)溶劑)。(c)還可以從首先已經(jīng)從大量發(fā)酵液中分離出來的酵母細(xì)胞中純化蛋白質(zhì)。如上所述，將酵母細(xì)胞破裂來有效地釋放蛋白質(zhì)，然后接受吸附過程。
實(shí)施例縮寫DEAE二乙氨乙基MBS巰基苯甲酸NaCi檸檬酸鈉NaCl氯化鈉SDS-PAGE十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳SP橫基丙基實(shí)施例I
從小麥分離蛋白質(zhì)和生產(chǎn)乙醇使用膨脹床吸附色譜在25°C分離小麥蛋白提取通過將Ikg磨得很細(xì)的去殼小麥顆粒與IOL水中25mM NaCl混合來獲得小麥提取物。將懸浮液在25°C IOOrpm下機(jī)械攪拌I小時。然后將小麥提取物離心來獲得澄清的液相和含有不溶性物質(zhì)如谷蛋白和淀粉的沉淀物。收集的提取物總體積為9. 5L。保留剩余的沉淀的潮濕物質(zhì)，用于最后的乙醇生產(chǎn)。膨脹床吸附劑吸附劑是基于具有整合的碳化鎢顆粒的交聯(lián)瓊脂糖珠，形成大約2. 8g/ml的高密度基質(zhì)。粒徑為40-200 μ m，具有150微米的平均容積徑。測試了幾種含有不同配體的吸附劑的結(jié)合效率，這些配體通常在4-6pH范圍中結(jié)合蛋白質(zhì)。 小麥提取物的預(yù)處理在不同的實(shí)驗(yàn)中用IM鹽酸將提取物的pH調(diào)節(jié)至pH4_6范圍中的不同值。在FastLine ο 膨脹床柱(0=2cm) ,UpFront Chromatography A/S,Copenhagen, Denmark中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將柱子填充H0=50cm吸附劑(157ml)并在25°C用IOmM具有與原料相同PH的NaCi溶液平衡。在不同的實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)A-C)，將不同pH值的小麥粉提取物裝載至柱上，使用IOcm/min的線性流速。對于每個實(shí)驗(yàn),裝載3140ml提取物,接著用水簡短洗漆柱子(大約150ml洗漆)，并用50mM NaOH進(jìn)行結(jié)合蛋白質(zhì)的洗脫。通過氮測定(NX6. 25)計(jì)算洗脫液中的蛋白質(zhì)濃度。還進(jìn)行了通過SDS-PAGE的分析(來自SDS-PAGE的凝膠未顯示)。結(jié)果
權(quán)利要求
1.從適于生產(chǎn)生物燃料的原料提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法，其中所述原料選自植物材料、植物材料的衍生物、動物材料或動物材料的衍生物，所述生物燃料是油，并且所述方法包括步驟 (i)使原料接受至少一種從原料釋放油的第一種處理， (ii)分離步驟(i)中釋放的油，獲得分離的油，并提供包含蛋白質(zhì)的剩余的固體， (iii)使剩余的固體接受至少一種第二種處理，以提供含水懸浮液，和 (iv)使來自步驟(iii)的懸浮液接受膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，其中所述膨脹床吸附過程使用膨脹床吸附柱， 其中所述蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，并且其中在進(jìn)行步驟(i i i )和(iV )之前進(jìn)行步驟(i )和(i i )。
2.從適于生產(chǎn)生物燃料的原料提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法，其中所述原料選自植物材料、植物材料的衍生物、動物材料或動物材料的衍生物，所述生物燃料是油，并且所述方法包括步驟 (i)使原料接受至少一種水提方法，從原料釋放油和蛋白質(zhì)， ( )分離步驟(i)中釋放的油，獲得分離的油，和 (i i i )使來自步驟(i )的蛋白質(zhì)接受膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，其中所述膨脹床吸附過程使用膨脹床吸附柱， 其中所述蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料。
3.從適于生產(chǎn)生物燃料的原料提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法，其中所述原料選自植物材料、植物材料的衍生物、動物材料或動物材料的衍生物，所述生物燃料是醇，并且所述方法包括步驟 (i)使原料接受發(fā)酵過程，提供含有生物燃料的發(fā)酵物質(zhì)， (ii)分離步驟(i)中產(chǎn)生的生物燃料，獲得分離的生物燃料，并提供包含蛋白質(zhì)的剩余的固體， (iii)使剩余的固體接受至少一種第二種處理，以提供含水懸浮液，和 (iv)使來自步驟(iii)的懸浮液接受膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，其中所述膨脹床吸附過程使用膨脹床吸附柱， 其中所述蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，并且其中在進(jìn)行步驟(i i i )和(iV )之前進(jìn)行步驟(i )和(i i )。
4.從適于生產(chǎn)生物燃料的原料提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法，其中所述原料選自植物材料、植物材料的衍生物、動物材料或動物材料的衍生物，所述生物燃料是醇，并且所述方法包括步驟 (i)使原料接受發(fā)酵過程，提供含有生物燃料的發(fā)酵物質(zhì)， (ii)分離步驟(i)中產(chǎn)生的生物燃料，獲得分離的生物燃料，和 (iii)使來自步驟(i)的發(fā)酵液接受膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，其中所述膨脹床吸附過程使用膨脹床吸附柱， 其中所述蛋白質(zhì)的產(chǎn)量相當(dāng)于基于干物質(zhì)至少10克100%純蛋白質(zhì)產(chǎn)品/kg生物燃料，并且其中在進(jìn)行步驟(iii)之前進(jìn)行步驟(i )和(i i )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中該方法是提供生物燃料和蛋白質(zhì)產(chǎn)品的連續(xù)方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中步驟(i)中的第一種處理選自提取、壓碾、碾磨、劈砍、壓榨、切碎、研磨、壓制、粉碎、破碎或其任意組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-4任一項(xiàng)的方法，其中通過分離過程從發(fā)酵過的物質(zhì)中分離出生物燃料，所述分離過程選自蒸發(fā)、提取、蒸餾、離心、潷析及其任意組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-4任一項(xiàng)的方法，其中生物燃料選自甲醇、乙醇、丙醇、和丁醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-4任一項(xiàng)的方法，其中使原料接受進(jìn)一步的處理，形成部分水解的原 料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中該方法進(jìn)一步包括在原料懸浮液接受膨脹床吸附過程獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品之前PH調(diào)節(jié)的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中以至少3cm/分鐘的流速進(jìn)行膨脹床吸附過程。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中膨脹床吸附過程涉及吸附劑，其中所述吸附劑包括具有至少一個高密度無孔核的顆粒，該無孔核由多孔材料圍繞。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中吸附劑具有至多120μ m的平均粒徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中使用選自稀堿、稀酸和水的洗脫劑來進(jìn)行蛋白質(zhì)產(chǎn)品的洗脫。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中膨脹床吸附過程涉及吸附劑，所述吸附劑包括具有功能化基質(zhì)聚合物的顆粒，該聚合物攜帶多個共價連接的官能團(tuán)，所述官能團(tuán)包含芳香或雜芳香環(huán)體系和/或一個或多個酸性基團(tuán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中使用含有低于5%(v/v)的有機(jī)溶劑的洗脫劑來進(jìn)行洗脫。
全文摘要
本發(fā)明涉及從適于生產(chǎn)生物燃料的原料或所述原料的衍生物提供分離的生物燃料和純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的方法。所述方法包括步驟(i)對原料或所述原料的衍生物進(jìn)行至少一種從原料或所述原料的衍生物釋放生物燃料的第一種處理，(ii)分離步驟(i)中釋放的生物燃料，獲得分離的生物燃料，(iii)對原料或所述原料的衍生物進(jìn)行至少一種提供原料懸浮液的第二種處理，和(iv)對來自步驟(iii)的原料懸浮液進(jìn)行膨脹床吸附過程，獲得純化的蛋白質(zhì)產(chǎn)品。
文檔編號C10L1/02GK102895797SQ20121038078
公開日2013年1月30日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日
發(fā)明者阿蘭奧托弗格·利米 申請人:厄普弗朗特色譜公司