ЭКСТРАКЦИЯ ПРИРОДНОГО ФЕРУЛАТА И КУМАРАТА ИЗ БИОМАССЫ Российский патент 2022 года по МПК C07C51/42 C07C59/64 C11B1/04 C11B1/10 

КРЕСТ-ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка претендует на приоритет по предварительной заявке США 62/487,911, поданной 20 апреля 2017 г. и озаглавленной «Добыча природного ферулата и кумарата из биомассы, который включен в настоящий документ путем ссылки во всей его полноте.

ЗАЯВЛЕНИЕ ОБ ФЕДЕРАЛЬНО СПОНСИРОВАННОМ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЛИ РАЗРАБОТКА

[0002] Данное изобретение было сделано при государственной поддержке в рамках гранта №1647923, выданного национальным научным фондом США, фаза I SBTR. Правительство имеет определенные права на изобретение.

ССЫЛКА НА МИКРОФИЧНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ

[0003] Не применимо.

ФОН

[0004] Феруловая кислота (3-(4-гидрокси-3-метоксифенил) проп-2-еноевая кислота, 3-(4-гидрокси-3-метоксифенил) акриловая кислота) является мощным антиоксидантом, используемым в потребительских товарах и фармацевтические препараты. Индустрия вкуса и аромата превращает феруловую кислоту в ванилин с помощью ферментативных процессов [см., например: I. Labuda, et al. (Kraft Foods Inc) US 5128253 A (1991); A. Muheim et al. (Givaudan Roure (International) SA), Патент США №6,235,507 B1 (1997)]. Натуральный ванилин, полученный из натуральной феруловой кислоты, имеет особое значение из-за летучести, высокой стоимости и дефицита натурального ванильного экстракта, получаемого из ванильных бобов.

РЕЗЮМЕ

[0005] В одном варианте осуществление способ химически активное разделение органических молекул из биомассы включает стадию реакции для биомассы, одновременная стадия экстракции с использованием растворителя, и стадию фильтрации для восстановления продуктов, в котором продукты содержать ферулат или его кумарат. Эти продукты экстрагируют из биомассы в перемешиваемом под давлением реактора периодического действия с использованием жидкого растворителя для экстракции и основания, в котором остаются ферулат и кумарат.

[0006] В одном варианте осуществления, реактивный процесс для разделения органических молекул, включая кислые сложные эфиры, терпеноиды, стерины, углеводы и флавоноиды из биомассы, процесс КОМПРИС эс шага реакции с использованием основания в контакте с биомассой, одновременной стадия экстракции растворителем с использованием растворителя и стадия фильтрации для извлечения продуктов, содержащих органические молекулы.

[0007] В одном варианте осуществления процесс для извлечения ферулата и кумарата от сельскохозяйственной биомассы в упакованном реакторе с псевдоожиженным слоем включает в себя контактирование биомассы с растворителем и основанием в реакторе с уплотненным слоем, в котором сельскохозяйственная биомасса действует в качестве неподвижного слоя.

[0008] Эти и другие признаки будут более понятны из следующего подробного описания, взятого вместе с прилагаемыми чертежами и формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0009] Для более полного понимания настоящего раскрытия и его преимуществ теперь сделана ссылка на следующее краткое описание, взятое вместе с прилагаемыми чертежами и подробным описанием.

[0010] Фиг. 1 является схематической иллюстрацией процесса реактора периодического действия с перемешиванием в соответствии с вариантом осуществления.

[0011] Фиг. 2 является как схематическая иллюстрация процесса непрерывной экстракции с использованием реактора с уплотненным слоем в соответствии с вариантом осуществления.

[0012] Фиг. 3 иллюстрирует химическую структуру феруловые кислоты различные ферулаты, кумаровые кислоты и различные кумараты.

[0013] Фиг. 4 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии.

[0014] Фиг. 5 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии масла для примера 1.

[0015] Фиг. 6 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии масла для примера 2.

[0016] Фиг. 7 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для масла из примера 3.

[0017] фиг. 8 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для масла из примера 4.

[0018] Фиг. 9 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии масла для примера 5.

[0019] Фиг. 10 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для масла примера 6.

[0020] Фиг. 11 иллюстрирует результаты выхода хроматографии в расчете на сухую массу в час примера 6.

[0021] Фиг. 12 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для масла из примера 7.

[0022] Фиг. 13 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для сырой нефти из примера 8, содержащей этилферулат и этилкумарат и гидролизованную сырую нефть.

[0023] Фиг. 14 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для водной фазы примера 9 после удаления кукурузного масла.

[0024] Фиг. 15 иллюстрирует результаты ¹ЯМР-спектроскопии кукурузного масла, выделенного в примере 9.

[0025] Фиг. 16 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для раствора примера 10 после гидролиза.

[0026] Фиг. 17 иллюстрирует результаты ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографии для примера 13, показывающие феруловую кислоту с чистотой более или равной 98%.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0027] Феруловые и кумаровые кислоты являются мощными антиоксидантами. Феруловая кислота также используется в производстве ароматизаторов и ароматизаторов для производства натурального ванилина. В настоящем документе описан способ экстракции ферулата (сложного эфира феруловой кислоты) и кумарата (сложного эфира кумаровой кислоты) из сельскохозяйственной биомассы, содержащей связи феруловой и кумаровой кислот. Извлеченный ферулат и кумарат могут быть классифицированы как натуральные, например, в соответствии с европейскими нормативами 1334/2008 и управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) 21CFR101.22 относительно естественной маркировки. Извлеченный ферулат может быть гидролизован до феруловой кислоты в экстракционной смеси или гидролизован после разделения. Дополнительные коричные кислоты, сахара, кукурузные масло и жирные кислоты также извлекаются во время процесса.

Потребности потребителей в натуральных продуктах и ингредиентах побудили индустрию искать новые источники натуральной ванили, в то время как ваниль, получаемый из синтетических неприродных источников, таких как нефтехимические вещества и эвгенол, испытал снижение спроса. Углерод 13-ЯМР ванилина используется для определения источника ванилина по соотношению ¹³С и ¹²С в восьми углеродных атомах ванилина, кроме того, углерод альдегидной и метоксинои группы определен как наиболее важный [G. Remaud, et al. (J. Ag. Food Chem.) 45 (1997); E. Tenailleau, et al. (J. Ag. Food. Chem.) 52 (2004)]. Синтетические источники, такие как гваякол, можно отличить от натурального ванилина, полученного из бобов и феруловой кислоты, с пороговыми значениями, зависящими от экспериментальной установки.

[0029] Большая часть поставок природных феруловых кислот экстрагируют при обработке рисовых отрубей [смотрите, например, Н. Taniguchi, et al. (Wakayama, JP) US 5288902 (1994); Z. Sun, et al. (Zhejiang Hangzhou Xinfu Pharmaceutical Co., Ltd) US 7462470 (2006); CN 103553903 A; CN 103553902 A; CN 103254993 В]. Феруловая кислота также содержится в сельскохозяйственной биомассе, такой как мискантус, побочные продукты кукурузы (клетчатка, отруби, солома, мелочь, клейковина и т.), Рис, пшеница, свекла, свекловичная клетчатка, свекловичная пульпа и другие культуры. Типичные способы экстракции феруловой кислоты включают щелочную экстракцию [R. Antrim, et al. (Standard Brands Incorporated), Патент США №4,038,481 (1977); A. Muir, Westcott, N. (CA Министр сельского хозяйства и продовольствия) ЕР 0817824 В1 (2001); CN 103254064 В (2015); CN 103319328 В (2015)] и ферментативные процессы [D. Wong, et al. (Министерство сельского хозяйства США), Патент США №8,361,764 В1 (2013); С. Buchanan, et al. (Eastman Chemical Co), Патент США №6,352,845 B1 (2002)]. Альтернативно, феруловую кислоту экстрагируют в виде нескольких сложных эфиров фитостерола и эрола, таких как γ-оризанол [С. Abbas, et al. (Archer Daniels Midland Co) US 20030235633 A1 (2003); C. Abbas, et al. (Archer Daniels Midland Co) Патент США №7,833,994 B2 (2010); R. Moreau, et al. (Министерство сельского хозяйства США) Патент США №5,843,499 А (1998); P. Das, et al. (Совет по научным и промышленным исследованиям) Патент США №5,869,708 А (1999)]. Избыток спирта был использован для удаления лигнина из биомассы [V. Diebold, et al. (Alcell Technologies Inc.) Патент США №4,100,016 A (1978)] и аналогичные экстракции были использованы для экстракции сложных эфиров феруловой кислоты. Например, в присутствии метанола экстракт содержит метилферулат (метил 3-(4-гидрокси-3-метоксифенил) акрилат), в то время как в присутствии этанола экстракт содержит этилферулат (этил 3-(4-гидрокси-3-метоксифенил) акрилат). Полученный в природе ферулат может быть преобразован в природную феруловую кислоту посредством щелочного гидролиза.

[0030] В данной заявке описан способ извлечения ферулата (сложные эфиры феруловой кислоты сорта метил-, этил-, пропил-, бутил- или любой их разновидности) и кумарата из сельскохозяйственной биомассы, такие как побочные продукты мискантуса и кукурузы. Извлечение может проводиться как в периодическом, так и в непрерывном режиме. В условиях, совместимых с процедурами приготовления, экстрагированная феруловая кислота может продаваться как натуральное в Европейском Союзе и США. Например, экстрагированные продукты могут быть маркированы как натуральные в соответствии с европейскими правилами 1334/2008 и правилами управления по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) 21CFR101. 22, касающимися естественной маркировки. Ферулат может быть гидролизован до феруловой кислоты.

[0031] Как описано здесь, способ экстракции ферулата и кумарата может включать стадию реакции и/или стадию экстракции для экстракции ферулатов и кумаратов из биомассы. Этап фильтрации может быть использован для извлечения продуктов. Стадия реакции, которая может происходить до или одновременно со стадией экстракции, может происходить с основанием. Стадия экстракции может происходить в присутствии растворителя. Продукты могут содержать по меньшей мере один из следующих веществ: ферулат (сложный эфир феруловой кислоты) и кумарат (сложный эфир кумаровой кислоты).

[0032] Настоящий процесс связан с добычей ферулата (сложные эфиры феруловой кислоты) и необязательно кумарата от сельскохозяйственной биомассы. Структуры типичных ферулатов и кумаратов показаны на фиг. 3. Как показано на фиг. 3(A), R может представлять собой водородную или алкильную группу, такую что: феруловая кислота: R=Н, метилферулат: R=СН₃, этилферулат: R=С₂Н₅, пропилферулат: R=С₃Н₇, бутилферулат: R=С₄Н₉. Как показано на фиг. 3 (В) R может представлять собой водородую или алкильную группу, такую что: кумаровая кислота: R=Н, метил кумарат: R=СН₃, этил кумарат: R=С₂Н₅, пропил кумарат: R=С₃Н₇ бутил кумарат: R=С₄Н₉.

[0033] В настоящей заявке, любая подходящая биомасса может быть использована в качестве исходного запаса. Различные типичные исходные материалы для биомассы могут включать, но не ограничиваются ими, мискантус, кукурузные отруби, кукурузные волокна, кукурузный глютеновый корм, зерновые дистилляторы, кукурузную муку, кукурузную глютеновую муку, свекловичную клетчатку, рисовую шелуху и/или другие сельскохозяйственные отходы.

[0034] Способ может включать стадию экстракции с использованием растворителя. В некоторых вариантах растворитель может содержать спирт (например, органический спирт) вместе с сорастворителем, таким как вода. Не желая ограничиваться теорией, это было отмечено, что идентичность ферулата напрямую связано с выбранным спиртом в растворителе. Например, использование метанола дает метилферулат, а использование этанола дает этилферулат. Сложные эфиры кумаровой кислоты одновременно экстрагируются. В некоторых вариантах осуществления экстракционный растворитель может содержать 0-50% воды и чистый алифатический спирт или смеси алифатических спиртов (например, метанол, этанол, н-пропанол, изопропиловый спирт, н-бутанол, 2-бутанол, трет-бутанол н-пентанол и т.д.), где алифатический спирт может составлять 50-100% растворителя. В некоторых вариантах растворитель может включать только воду и один или несколько алифатических спиртов. В еще других вариантах осуществления воды может не присутствовать в растворителе, и вместо растворителя можно использовать 100%-ный спирт сорта метанол или этанол. Когда этанол получают биологически (например, получают в результате ферментации и т.д.), етилферулат может быть помечен как натуральный при использовании такого этанола в качестве растворителя при экстракции. В некоторых случаях продукты могут считаться натуральными, когда все атомы углерода в продуктах (например, в этилферулате и т.д.) получены из природного источника.

[0035] В некоторых вариантах осуществления стадия реакции также может быть проведена с использованием основания. Эта стадия реакции может быть проведена одновременно с экстракцией. Например, основание может быть добавлено к растворителю для повышения растворимости и скорости экстракции при более низких температурах реакции. Основания включают любые гидроксиды первой или второй группы, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия, карбонаты, бикарбонаты и аммоний в концентрациях от около 0 до около 1 н. (Мольные эквиваленты основания на литр растворителя). Например, концентрация основания может составлять от 0,01 до 0,1 н, или от 0,02 до 0,06 н, или 0,04 н.

[0036] Различные технологические схемы могут быть использованы для проведения стадий экстракции и/или реакции. Можно использовать любую подходящую конфигурацию реактора, способную приводить в контакт исходное сырье из биомассы с растворителем и/или основанием. Например, можно использовать реактор периодического действия и/или реактор с непрерывным потоком. Фиг. 1 иллюстрирует процесс 100 для экстракции ферулатов и/или кумаратов из биомассы с использованием реактора периодического действия, такого как реактор периодического действия с перемешиванием 102. В условиях реакции периодического перемешивания исходные материалы (например, растворитель, включающий спирт с водой или без воды, необязательно основание и биомасса) могут быть смешаны вместе в реакторе периодического действия с перемешиванием 102 и герметично закрыты. Альтернативно, биомасса, растворитель(и) и основание могут быть предварительно смешаны в виде суспензии и поданы в реактор 102 с использованием насоса или самотеком. Отношение массе биомассы к массе для растворителя может находиться в диапазоне от около 4 до около 20. В некоторых вариантах осуществления отношение массе биомассы к массе для растворителя может составлять от около 10 до около 15. Реакционная атмосфера может быть очищена от кислорода с использованием инертного газа из источника 104 инертного газа, так что атмосфера инертна с аргоном, гелием, азотом или их смесью. Атмосфера водорода (0-100%) дает результаты, аналогичные чисто инертной атмосфере. Продувочный газ также можно использовать для создания давления в реакторе 102. В реакторе 102 можно создавать давление от около 1 до около 3 бара при комнатной температуре, предпочтительно около 1 бар. Реактор 102 может быть нагрет до 100-300°С ч^-1 (например, от около 200°С ч^-1 до около 300°С ч^-1 или около 300°С ч^-1) до температуры выдержки между около 80°С и примерно 250°С, или от примерно 100°С до 250°С в реактор 102 может поддерживать температуру экстракции максимум на срок от 1-15 ч, например в течение примерно 12 часов. Механизм перемешивания может работать от около 100 до около 600 об/мин, например, около 200 об/мин.

[0037] После реакции реактор 102 может быть охлажден до комнатной температуры. Реактор 102 можно продувать до атмосферного давления. Послеакционная суспензия 106 твердого вещества/жидкости может быть удалена из реактора 102 насосом или самотеком и отфильтрована для твердых веществ. Твердый остаток можно промыть чистым растворителем 108 с использованием 50%-150% объема отфильтрованного твердого вещества. Затем влажные твердые частицы могут быть спрессованы для дальнейшего удаления жидкости, захваченной в твердых веществах. Полученные продукты 110 затем могут быть собраны для дальнейшей обработки.

[0038] Фиг. 2 иллюстрирует схему 200 реактора непрерывной экстракции для экстракции и/или реакции биомассы для удаления ферулатов и/или кумаратов. Как показано на фиг. 2, реактор с уплотненным слоем 202 может использоваться для непрерывного извлечения ферулата из сельскохозяйственной биомассы 204. В этой конфигурации слой 204 сельскохозяйственной биомассы действует как стационарный слой. Нагретый и находящийся под давлением растворитель 206 может перекачиваться через слой 204 биомассы, который извлекает ферулат и кумарат. Регулятор обратного давления 208 ниже по потоку от уплотненного слоя поддерживает в реакторе 202 постоянное давление, обычно от около 1 до около 30 бар. Типичные рабочие условия могут включать в себя температуру слоя приблизительно от 80°С до примерно 250°С, давлении в реакторе в интервале от примерно 1 до примерно 30 бар. Скорость потока растворителя может быть подходящей для условий реактора и может иметь часовую объемную скорость жидкости от около 0,06 ч^-1 до 0,6 ч^-1. Реактор 202 может работать так, что экстракционный растворитель либо входит в слой 204 биомассы один раз, либо рециркулирует через реактор несколько раз. Например, необязательная линия 210 рециркуляции может использоваться для рециркуляции растворителя для рециркуляции через уплотненный слой 204 биомассы. Экстракционный растворитель 206 может быть собран в резервуаре 212 на выходе из реактора 202.

[0039] Во время работы, реактор 202 может быть очищен и под давлением инертным газом из источника инертного газа 214. Температура реактора 202 может быть затем увеличена со скоростью от приблизительно 100 до приблизительно 300°С ч^-1 до желаемой рабочей температуры. После достижения температуры реакции, реактор 202 может работать в течение от около 2-8 часов. Затем реактор 202 можно охладить и кратковременно увеличить поток растворителя, чтобы промыть слой 204 биомассы. Поток растворителя можно остановить после того, как температура реактора снизится примерно до 20-40°С. Давление можно вернуть к атмосферному давлению после того, как реактор 202 достигает комнатной температуры. Затем отработанную биомассу можно слить из реактора 202.

[0040] Полученные продукты могут быть охарактеризованы путем испытаний. Например, поток жидкого продукта может быть проанализирован с помощью ВЭЖХ, оборудованной детектором УФ-Вид. Колонка представляет собой колонку С18 ВЭЖХ с обращенной фазой ZorbaxSB-фенил. Два метода могут быть использованы для количественной оценки массы ферулата, кумарата, кумаровой кислоты и феруловой кислоты в жидком продукте. В методе 1 градиент воды и ацетонитрила можно использовать для элюирования продуктов при 30°С и скорости потока 0,5 мл мин^-1. В методе 2 градиент 1 миллимолярный водной трифторуксусной кислоты и ацетонитрила элюируют продукты при 30°С и скорости потока 1,0 мл мин^-1. Ферулат и кумарат могут быть количественно оценены по методу 1 или 2. Феруловая кислота и кумаровая кислота могут быть количественно определены только по методу 2, хотя феруловая кислота и кумаровая кислота видны при использовании метода 1, пики, однако, не очень хорошо разрешены. Фиг. 4 показывает хроматографу ВЭЖХ для химических стандартов феруловой кислоты, кумаровой кислоты, метилферулата, метилкумарата и этилферулата. Как показано на фиг. 4, вводили метанол, который содержал 1,02, 1,00, 1,07, 1,08 и 1,03 миллимолярный кумаровой кислоты (10,0 мин), феруловой кислоты (12,1 мин), метилкумарата (26,1 мин), метилферулата (26,8 мин) и этилферулата (30,4 мин) соответственно. Стандартные кривые для каждого ферулата и кумарата были созданы для определения концентрации и выхода каждого продукта. Концентрацию ферулата и феруловой кислоты определяли на длине волны 238,8 нм, тогда как кумарат и кумаровую кислоту определяли количественно при 310,8 нм. Испытания, проведенные, как описано в настоящем документе, для продуктов из типичных опытов реактора, использовали для расчета общего выхода (на основе начальной массы сухой биомассы) ферулата, и общий выход из каждой биомассы был близок к теоретическому содержанию, как показано в таблице 1.

[0041] Ряд дополнительных стадий обработки может быть выполнен для жидких продуктов из стадий экстракции и/или реакции. Первоначально ферулат может быть сконцентрирован, и масляная фаза, называемая «кукурузным маслом», может быть удалена. Ферулат в полученном растворе или, альтернативно, в жидких продуктах перед концентрированием до жидких продуктов, может быть гидролизован до феруловой кислоты. Лигнин и полисахариды в полученной жидкой фазе могут быть осаждены для дальнейшей очистки феруловой кислоты. Затем органический растворитель можно использовать для экстракции феруловой кислоты с последующей горячей фильтрацией и осаждением твердого продукта феруловой кислоты. Дополнительные стадии очистки также могут быть выполнены для дополнительной очистки феруловой кислоты по желанию.

[0042] В одном варианте осуществления ферулата в жидком продукте от экстракции и/или стадий реакции может быть сконцентрирован. После экстракции ферулата в основной спиртовой растворе можно использовать испаритель (например, роторный испаритель и т.д) для концентрирования спиртового/ферулатного раствора до тех пор, пока концентрация спирта не составит от около 0% до около 75% от общего раствора, или от около 40% до около 50% спирта по массе. Концентрация спиртового/ферулатного раствора может привести к вязкому коричневому маслу. Жидкая экстракция может быть использована для удаления множества сложных эфиров жирных кислот, состоящих в основном из сложных эфиров олеиновой и линолевой кислот и называемых здесь как кукурузное масло, из спиртового/ферулатного раствора. Не желая ограничиваться теорией, было отмечено, что идентичность сложных эфиров олеиновой и линолевой кислот напрямую связана с выбранным спиртом в растворителе. Например, использование этанола дает этиловые эфиры олеиновой и линолевой кислот, а использование метанола дает метиловые эфиры олеиновой и линолевой кислот. Перед жидкой экстракцией кукурузного масла концентрированный спиртово-ферулатный раствор можно разбавить раствором водного основания. Например, можно добавить примерно 50-300 г водного основного раствора на 100 г концентрированного раствора спирт/ферулат. Основания могут включать любые гидроксиды первой или второй группы, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия, карбонаты, бикарбонаты и аммоний. В некоторых вариантах осуществления гидроксид натрия можно использовать в концентрациях от 0,1 до 10 н. После разбавления концентрированного раствора спирта/ферулата водным основанием кукурузное масло удаляют экстракцией жидкость-жидкость органическим растворителем, включая, но не ограничиваясь этим, пентан, гексан, гептан, циклогексан, бензол, толуол, диэтиловый эфир или их смеси. В некоторых вариантах осуществления органический растворитель, используемый при экстракции жидкость-жидкость, представляет собой гексан. Кукурузное масло можно извлечь выпариванием органического растворителя, используемого для экстракции жидкость-жидкость. Экстракция кукурузного масла из раствора ферулата может быть завершено до и/или после гидролиза ферулата до феруловой кислоты. Экстракция кукурузного масла перед гидролизом может быть использована для выгодного уменьшения объема обработки на стадии гидролиза. Извлеченное кукурузное масло может иметь содержание фосфора менее 250 частей на миллион, менее 150 частей на миллион, менее 100 частей на миллион, менее 50 частей на миллион или менее 25 частей на миллион, все по массе. В некоторых вариантах осуществления экстрагированное кукурузное масло может содержать менее 3 частей на миллион по массе фосфора. Извлеченное кукурузное масло может иметь содержание свободной жирной кислоты (в виде олеиновой кислоты) менее чем около 3% по массе масла. В некоторых вариантах осуществления экстрагированное кукурузное масло может иметь содержание свободной жирной кислоты (в виде олеиновой кислоты) менее чем около 1,5% по массе масла.

[0043] Жидкий раствор, содержащий ферулат можно гидролизовать до или после удаления кукурузного масла из продуктов. Жидкий раствор может быть гидролизован в основных условиях для превращения по меньшей мере части ферулата в феруловую кислоту. В этом процессе дополнительное основание может быть добавлено к раствору ферулата, а затем раствор может быть нагрет до температуры выше 20°С для инициализации гидролиза. Основания включают любые гидроксиды первой или второй группы, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия, карбонаты, бикарбонаты аммония и любую их комбинацию. Используемое основание может быть таким же или отличным от основания, используемого на начальной стадии реакции с биомассой. В некоторых вариантах гидроксид натрия можно использовать в качестве основания, а гидроксид натрия можно использовать в концентрациях от 0,1 до 10 Н. Смесь можно нагревать до температуры примерно от 30 до 100°С в течение примерно 0,5-5 часов. В этих условиях этилферулат и метилферулат могут гидролизоваться (например, частично гидролизоваться, посуществу полностью гидролизоваться или полностью гидролизоваться) до феруловой кислоты.

[0044] После того, как гидролизует, полученная смесь, содержащая феруловую кислоту может быть обработана для осаждения побочных продуктов процесса экстракции, таких как любой лигнин и полисахарид. Процесс осаждения может быть осуществлен путем подкисления раствора, содержащего феруловую кислоту, для селективного осаждения лигнина и полисахаридов, пока феруловая кислота остается в растворе. Концентрация феруловой кислоты может быть доведена до примерно 1-20 г/л добавлением воды к раствору, содержащему феруловую кислоту, и раствор можно поддерживать при температуре примерно 20-100°С. Раствор феруловой кислоты затем может быть подкислен до кислотности примерно 3-6 путем добавления кислоты. Подходящие кислоты, полезные для подкисления раствора феруловой кислоты, могут включать, но не ограничиваются ими, соляную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, уксусную кислоту и их комбинации. В некоторых воплощениях кислота может быть серной кислотой. При подкислении побочные продукты могут осаждаться в подкисленном растворе. Подкисленный раствор может быть отфильтрован для удаления выпавших побочных продуктов, в том числе лигнин и полисахариды, которые осаждаются в виде твердых веществ. В некоторых вариантах осуществления порошок, такой как диатомовая земля, целит, оксид алюминия и/или диоксид кремния, может быть добавлен к раствору феруловой кислоты перед подкислением. При подкислении осажденные побочные продукты, такие как лигнин и полисахариды, могут связываться с инертным порошком, повышая легкость фильтрации и предотвращая загрязнение. В некоторых вариантах осуществления центрифугирование может быть использовано для выделения твердого осажденного лигнина и полисахаридов из подкисленного раствора вместо фильтрации.

[0045] Подкисленный раствор, содержащий по меньшей мере часть побочных удаленных продуктов, может быть дополнительно очищен с использованием различных обрабатывающих шагов. В некоторых вариантах осуществления феруловая кислота может быть дополнительно очищена с использованием процесса экстракции с использованием органического растворителя. На этой стадии процесса очистки можно использовать экстракцию жидкость-жидкость для экстракции феруловой кислоты из водного раствора в органический растворитель. Подходящие органические растворители могут включать, но не ограничиваются ими, этилацетат, диэтиловый эфир, дихлорметан, гексан, гептан, пентан, толуол, ксилолы и их смеси. В некоторых вариантах осуществления органический растворитель может представлять собой или включать этилацетат. Водный раствор, содержащий феруловую кислоту, может быть дополнительно подкислен до кислотности примерно 1-5 путем добавления кислоты перед экстракцией органическим растворителем. Подходящие кислоты могут включать, но не ограничиваются ими, соляную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, уксусную кислоту и их комбинации. В некоторых вариантах осуществления кислота может представлять собой или включать серную кислоту. После подкисления водный раствор феруловой кислоты можно экстрагировать органическим растворителем, используя контакт жидкость-жидкость. Обычно объем органического растворителя, используемого для экстракции феруловой кислоты, примерно в 0,5-3 раза превышает объем водного раствора феруловой кислоты. После экстракции феруловой кислоты в органический растворитель фазу органического растворителя можно отделить от водной фазы, а затем органический растворитель можно удалить выпариванием (например, роторным испарением и т.д.), чтобы получить твердую или полутвердую феруловую кислоту. В некоторых вариантах осуществления чистая или полутвердая феруловая кислота может иметь чистоту от около 10-50% или до около 20-40% по массе. Полученная феруловая кислота может быть использована в качестве продукта или подвергнута дальнейшей очистке в зависимости от применения и требований к чистоте продукта.

[0046] Твердую или полутвердую феруловую кислоту можно дополнительно очистить с использованием процесса растворения-осаждения. В некоторых вариантах осуществления твердую феруловую кислоту низкой чистоты (например, от около 10% до около 50% или от около 20-40% по массе) можно дополнительно очистить с помощью процесса горячей фильтрации и осаждения. В этом процессе твердая феруловая кислота может быть растворена в воде в концентрации 1-10 г/л феруловой кислоты и нагрета до примерно 60-100°С. Нагретая смесь может быть отфильтрована для удаления нерастворимых материалов при сохранении температура около 60-100°С. Фильтрат может быть охлажден для осаждения твердой феруловой кислоты с чистотой, превышающей исходную чистоту. В некоторых вариантах осуществления процесс растворения-осаждения может повысить чистоту твердой феруловой кислоты до примерно 60-99% по массе. Альтернативно, концентрация феруловой кислоты в фильтрате может быть увеличена с 1-10 г/л до 10-35 г/л путем испарения части водного фильтрата перед охлаждением для осаждения твердой феруловой кислоты с чистотой от около 60 до 99% по массе.

[0047] Дополнительные очистки процессы могут быть использованы для очистки твердых или полутвердых феруловых кислот в дополнении к процессу растворения-осаждения или вместо процесса растворения-осаждение. В некоторых вариантах осуществления жидкостная хроматография может использоваться для повышения чистоты феруловой кислоты. В этом процессе жидкостная хроматография может быть использована для повышения чистоты феруловой кислоты от чистоты от примерно 10-50% или от примерно 20-40% до чистоты примерно 99% или более, если ее применять перед процессом растворения-осаждения. При применении после процесса определения растворимости жидкостная хроматография может быть использована для повышения чистоты феруловой кислоты с чистоты примерно 60-99% по массе до 99% по массе. Методы жидкостной хроматографии, используемые на этом этапе, включают, но не ограничиваются ими: ионообменную хроматографию и эксклюзивную хроматографию.

[0048] После того как очищенный, полученный продукт может включать в себя концентрированный раствор кислоты ферулового или твердую или полутвердую феруловую кислоту. Продукты могут быть использованы для различных коммерческих целей.

ПРИМЕРЫ

[0049] Раскрытие будучи в целом описано, следующие примеры приведены в качестве конкретных примеров осуществления изобретения и продемонстрировать практику и преимущества его. Понятно, что примеры приведены в качестве иллюстрации и не предназначены для ограничения каким-либо образом описания или формулы изобретения.

Пример 1

[0050] Пример 1. Экстракция этилферулата и этилкумарата из кукурузного волокна. В этом примере 1,005 г кукурузного волокна, которое было предварительно высушено при 100°С в течение 24 часов, загружали в реактор периодического действия с перемешиванием 100 мл (Parr Instruments 2430) с 20 мл безводного 200-стойкого этанола. Реактор герметично закрывали и продували с 99,999% водорода (Airgas Ну UHP) четыре раза, повышая давление в реакторе до 17,2 бара и затем сбрасывая давление до приблизительно 3 бара. Реактор находился под давлением до конечного давления 34,5 бар. Температуру повышали до 200°С при скорости нагрева 300°С ч^-1 в то время, как реактор перемешивали при 200 об/мин. Температуру поддерживали в течение 12 часов, прежде чем вернуться к комнатной температуре. После реакции ионный растворитель и твердые вещества фильтровали через фильтровальную бумагу (задержка частиц >11 мкм) и промывали метанолом до общего объема 50 мл. Содержание этилферулата в жидкости анализировали первым методом ВЭЖХ, как показано на фиг. 5. Этилкумарат и этилферулат, элюированные около 30,4 и 31,6 мин соответственно. Выход этилферулата был определен как 1,0% по отношению к общей сухой массе кукурузного волокна (при условии, что содержания влаги в биомассе составляет 8%, сухая масса=0,92*1,005 г=0,925 г).

Пример 2

[0051] Пример 2. Экстракция метиферулата и метилкумарата от мискантуса. В этом примере 255,2 г мискантуса загружали в 7,5 л реактор периодического действия с перемешиванием (Parr Instruments 4550) с 4 л метанола. Реактор герметично закрывали и продували с 99,999% аргона (Airgas Ar UHP) четыре раза, повышая давление в реакторе до 7 бара и затем сбрасывая давление до приблизительно 2 бара. Реактор находился под давлением до конечного давления 7,6 бар. Температуру повышали до 200°С при скорости нагрева 150°С ч^-1 в то время как реактор перемешивали при 200 об/мин. Температуру поддерживали в течение 12 часов, прежде чем вернуться к комнатной температуре. После реакции растворитель и твердые вещества фильтровали через нейлоновый мешок (задержка частиц >75 мкм) и промывали метанолом до общего объема 3,2 л. Содержание метилферулата и метилкумарата в жидкости анализировали первым методом ВЭЖХ, как показано на фиг. 6. Метилкумарат и метилферулат, элюированные около 25,5 и 26,5 мин соответственно. Выход метилферулата и метилкумарата был определен равным 0,5% и 3,9% соответственно по отношению к общей сухой массе мискантуса (при условии, что содержание влаги в биомассе составляет 8%, сухая масса=0,92*255,2 г=234,8 г).

Пример 3

[0052] Пример 3. Экстракция этилферулата из кукурузного волокна при 170°С. В этом примере 7,5 кг кукурузного волокна, предварительно высушенного при 90°С в течение 24 часов в вакууме, загружали в реактор периодического действия с перемешиванием 113,6 л с 60 л безводного 200-стойкого этанола и 144 г гидроксид натрия. Реактор герметизировали и продували азотом 3 раза путем повышения давления в реакторе до 7 бара и последующего сброса давления до приблизительно 2 бара. Реактор был заполнен азотом до конечного давления 1 бара. Температуру повышали до 170°С при скорости нагрева 225°С ч^-1 в то время, как реактор перемешивали при 600 об/мин. Температуру выдерживали в течение 12 часов до охлаждения до комнатной температуры. После реакции растворитель и твердые вещества фильтровали через нейлоновый рукавный фильтр и промывали 19 л этанола. Этаноловое масло концентрировали с помощью роторного испарителя до 3,1 кг. Содержание этилферулата в масле анализировали первым методом ВЭЖХ, как показано на фиг. 7. Этилкумарат и этилферулат, элюированные около 31,2 и 32,4 мин соответственно. Выход этилферулата был определен равным 1,5% по отношению к общей сухой биомассе (в этом случае предполагается, что он составляет 7,5 кг, поскольку волокно было высушено непосредственно перед обработкой).

Пример 4

[0053] Пример 4. Экстракция этилферулата из кукурузного волокна при 145°С. В этом примере 1,0 г кукурузного волокна, который был предварительно высушен при 100°С в течение 24 ч загружали в 100 мл перемешиваемый реактор периодического действия (Parr Instruments 2430) с 20 мл безводного 200-стойкого этанола. К реакции добавляли 32 мг гидроксид натрия. Реактор герметично закрывали и продували 99,999% аргона (Airgas Ar UHP) четыре раза, повышая давление в реакторе до 17,2 бара и затем сбрасывая давление до приблизительно 3 бара. В реакторе создавали давление до конечного давления 3 бара газообразным аргоном. Температуру повышали до 145°С при скорости нагрева 300°С ч^-1 в то время, как реактор перемешивали при 200 об/мин. Температуру поддерживали при 145°С в течение 12 часов, после чего возвращали к комнатной температуре. После реакции растворитель и твердые вещества фильтровали через фильтровальную бумагу (удерживание частиц >11 мкм) и промывали метанолом до общего объема 50 мл. Содержание этилферулата в жидкости анализировали вторым методом ВЭЖХ, как показано на фиг. 8. Этилкумарат и этилферулат элюируются около 30,4 и 31,6 мин соответственно. Выход этилферулата был определен, что 1,66% по отношению к общей сухой массе кукурузное волокно (предполагается, что 8% содержание влаги в биомассе, сухая масса=0,92*1,0 г=0,92 г).

Пример 5

[0054] Пример 5. Экстракция этилферулата из кукурузного волокна при 120°С. В этом примере 1,0 г кукурузного волокна, который был предварительно высушен при 100°С в течение 24 ч загружали в 100 мл перемешиваемый реактор периодического действия (Parr Instruments 2430) с 20 мл безводного 200-стойкого этанола. К реакции добавляли 32 мг гидроксид натрия. Реактор герметично закрывали и продували 99,999% аргона (Airgas Ar UHP) четыре раза, повышая давление в реакторе до 17,2 бара и затем сбрасывая давление до приблизительно 3 бара. В реакторе создавали давление до конечного давления 3 бара газообразным аргоном. Температуру повышали до 120°С при скорости нагрева 300°С ч^-1 в то время, как реактор перемешивали при 200 об/мин. Температуру поддерживали при 120°С в течение 12 часов, после чего возвращали к комнатной температуре. После реакции растворитель и твердые вещества фильтровали через фильтровальную бумагу (удерживание частиц >11 мкм) и промывали метанолом до общего объема 50 мл. Содержание этилферулата в жидкости анализировали вторым методом ВЭЖХ, как показано на фиг. 9. Этилкумарат и этилферулат элюируются около 30,4 и 31,6 мин соответственно. Выход этилферулата был определен как 1,52% по отношению к общей сухой массе кукурузное волокно (предполагается, что 8% содержание влаги в биомассе, сухая масса=0,92*1,0 г=0,92 г).

[0055]

Пример 6

[0056] Пример 6. Экстракция метилферулата и метилкумарата из реактора непрерывного действия. В этом примере 172,3 г кукурузного волокна, предварительно высушенного при 100°С в течение 24 часов, загружали в реактор с уплотненным слоем с объемом 1 л, который был изолирован внутри печи. Регулятор противодавления был установлен на 7 бар, и реактор был заполнен метанолом при скорости потока 3 мл мин^-1. Регулятор противодавления был увеличен до 46,9 бара, в то время как температура печи была повышена таким образом, что внутренняя термопара, контактирующая с кукурузным волокном на выходе из уплотненного слоя, зафиксировала температуру 200°С, что потребовало 3 часа. Уплотненный слой выдерживали при 46,9 бар и 200°С в течение 6 часов, после чего печь выключали, и скорость потока метанола увеличивали до 10 мл мин^-1 в течение 10 мин, чтобы промыть слой кукурузных волокон. Поток метанола остановили и реактор охлаждал до комнатной температуры в течение ночи. Метанол из системы собирали в резервуаре с общим объемом 1,81 л. Содержание метилферулата в масле анализировали первым методом ВЭЖХ, как показано на фиг. 10. Метилкумарат и метилферулат элюируются около 24,2 и 25,3 мин соответственно. Выход метилферулата и метилкумарата был определен равным 1,5% и 1,3% соответственно по отношению к общей сухой биомассе (при условии, что содержания влаги в биомассе составляет 8%, сухая масса=0,92*172,3 г=158,5 г). Почасовая экстракция метилферулата и метилкумарата показана на фиг. 11. Как показано на фиг. 11, время 0 часов соответствует первому времени, когда внутренняя температура слоя на выходе составляла 200°С.

Пример 7

[0057] Пример 7. Экстракция метилферулата и метилкумарата из кукурузных отрубей. В этом примере 591 г кукурузных отрубей загружали в 7,5 л реактор периодического действия с перемешиванием (Parr Instruments 4550) с 4,4 л метанола. Реактор герметично закрывали и продували с 99,999% аргона (Airgas Ar UHP) четыре раза, повышая давление в реакторе до 7 бара и затем сбрасывая давление до приблизительно 2 бара. Реактор находился под давлением до конечного давления 7,6 бар. Температуру повышали до 200°С при скорости нагрева 150°С ч^-1 в то время, как реактор перемешивали при 200 об/мин. Температуру поддерживали в течение 12 часов, после чего возвращали к комнатной температуре. После реакции растворитель и его соли отфильтровывали через нейлоновый мешок (задержка частиц >75 мкм) и промывали метанолом до общего объема 3,8 л. Содержание метилферулата и кумарата в жидкости анализировали первым методом ВЭЖХ, фиг. 12. Метилкумарат и метилферулат элюируются около 20,4 и 22,3 мин соответственно. Выход метилферулата был определен равным 2,3% по отношению к общей сухой массе кукурузных отрубей (при условии, что содержания влаги в биомассе составляет 8%, сухая масса=0,92*591 г=543,7 г).

Пример 8

[0058] Пример 8. Гидролиз этилферулата до феруловой кислоты. В этом примере 19,8 г концентрированного этанолового масла, содержащего этилферулат и этилкумарат, экстрагированные из кукурузного волокна, добавляли к 50 мл деионизированной воды с 4 и гидроксид натрия. Масло было растворимо в водной основе. Раствор перемешивали на круглодонной колбе и нагревали до 34°С в течение 35 минут, в результате чего этилферулат и этилкумарат гидролизовали до феруловой кислоты и кумаровой кислоты. ВЭЖХ хроматографы для концентрированного этанолового масла (метод 1) и гидролизованного раствора (метод 2) показаны на фиг. 13. Этилферулат не присутствует в растворе после гидролиза вследствие полного превращения этилферулата в феруловую кислоту и этилкумарата в кумаровую кислоту. Результаты показаны на фиг. 13. Как показано, ВЭЖХ/УФ-Вид хроматографию регистрировали при 238 нм. Красные пунктирные линии показывают результаты метода 1, примененного к сырой нефти, содержащей этилферулат и этилкумарат. Синие сплошные линии показывают результаты метода 2, примененного к гидролизованной сырой нефти. Этилкумарат и этилферулат элюируются около 30,7 и 31,9 мин соответственно. Кумаровая кислота и феруловая кислота элюируются около 9,8 и 12,2 мин соответственно.

Пример 9

[0059] Пример 9. Удаление кукурузного масла. В этом примере 500 г концентрированного этанолового масла, содержащего этилферулат и этилкумарат, экстрагированные из кукурузного волокна, добавляли к 1 л деионизированной воды с 0,5 н. гидроксид натрия. Масло растворимо в водной основе. Водный раствор помещали в делительную воронку и промывали с 330 мл гексанов. Затем гексаны удаляли из делительной воронки и водный раствор промывали с 330 мл гексанов еще два раза. Всего было использовано 990 мл гексана. Затем гексановый экстракт помещали в круглодонную колбу и гексаны удаляли с помощью роторного испарителя с получением жидкого кукурузного масла. После экстракции водного раствора этилферулата и этилкумарата гексаном объем водного слоя составлял 1,5 л, и этилферулат и этилкумарат оставались в водном слое. Анализ ВЭЖХ (метод 2) водной фазы после экстракции гексаном подтвердил, что этилферулат и этилкумарат остались в водном слое, как показано на фиг. 14. ¹ЯМР-анализ кукурузного масла с использованием 400 МГц спектрометра Varian Unity Inova был использован для подтверждения того, что кукурузное масло состоит в основном из этиловых эфиров олеиновой и линолевой кислот, как показано на фиг. 15.

Пример 10

[0060] Пример 10. Гидролиз ферулата до феруловой кислоты. В этом примере использовали 1,9 л водного раствора этилферулата и этилкумарата, из которого предварительно было экстрагировано кукурузное масло. Дополнительные 32 г гидроксид натрия добавляли к водному раствору этилферулата и этилкумарата, увеличивая общую концентрацию гидроксид натрия до 0,76 н. Полученный раствор нагревали до 60°С и выдерживали при 60°С в течение двух часов, что гидролизовало этилферулат и этилкумарат в феруловой кислоте и кумаровой кислоте. После нагревания использовали анализ ВЭЖХ (метод 2) для подтверждения полного гидролиза этилферулата и этилкумарата до феруловой кислоты и кумаровой кислоты, как показано на фиг. 16.

Пример 11

[0061] Пример 11. Осаждение лигнина и полисахаридов. В этом примере 650 мл водного раствора феруловой кислоты и кумаровой кислоты, полученного в примере 10, добавляли к 1,3 л воды. Полученный раствор нагревали до 90°С. К нагретому раствору добавляли по каплям 10 мл концентрированной серной кислоты в течение пяти минут, подкисляя раствор до кислотности 4,5. После добавления серной кислоты в растворе был виден твердый осадок. Раствор фильтровали через воронку Бюхнера и фильтровальную бумагу, отделяя твердую смесь лигнина и полисахарида от водного раствора феруловой кислоты и кумаровой кислоты. Объем водного раствора феруловой кислоты и кумаровой кислоты составлял 1,85 л, а масса осажденной смеси лигнин и полисахарид составляла 20,7 г.

Пример 12

[0062] Пример 12. Экстракция феруловой кислоты в органический растворитель. В этом примере использовали 1,04 л водного раствора феруловой кислоты и кумаровой кислоты, из которого осаждали лигнин и полисахариды, как описано в примере 11. Водный раствор феруловой кислоты и кумаровой кислоты нагревали до 80°С и к раствору добавляли 1,5 мл концентрированной серной кислоты. После добавления серной кислоты кислотность раствора снижали до 3. Затем раствор добавляли в делительную воронку и экстрагировали с 330 мл этилацетата. Эту экстракцию повторяли еще два раза, всего 990 мл этилацетата использовали для экстракции водного раствора. После экстракции водного раствора образцы этилацетата объединяли и конденсировали с помощью роторного испарения. Ротационное выпаривание этилацетатной фракции дает 9,1 г темного масла, которое содержит 2,7 г феруловой кислоты.

Пример 13

[0063] Пример 13. Кристаллизация феруловой кислоты. В этом примере использовали 9,1 г масла, содержащего 2,7 г феруловой кислоты, это масло было продуктом примера 12. 100 мл деионизированной воды добавляли к маслу, содержащему феруловую кислоту, и раствор нагревали до 100°С и феруловая кислота была растворена. Нагретый раствор фильтровали с использованием воронки Бюхнера и фильтровальной бумаги для удаления твердых примеси. Фильтровальную бумагу промывали 20 мл деионизированной воды, которую предварительно нагревали до температуры 85°С. Водный фильтрат охлаждали до 5°С, и кристаллы феруловой кислоты высокой чистоты осаждали из раствора в течение периода времени 12-18 часов. Хроматографии ВЭЖХ феруловой кислоты с чистотой, равной или большей 98%, показана на фиг. 17.

[0064] Описав различные системы и способы, различные варианты осуществления, раскрытые в данном документе, могут включать, но не ограничиваются ими:

[0065] В первом аспекте, интегрированный способ реактивного разделения органических молекул из биомассы включая: стадия реакции для биомассы, одновременная стадия экстракции с использованием растворителя, и стадия фильтрации для извлечения продуктов, в котором продукты содержат ферулат или кумарат.

[0066] Во втором аспекте, реактивный процесс разделения для разделения органических молекул, включая кислые сложные эфиры, терпеноиды, стерины, углеводы и флавоноиды из биомассы включая: реакция стадия с использованием базы в контакте с биомассой, при одновременном растворителе стадия экстракции с использованием растворителя и стадия фильтрации для извлечения продуктов, содержащих органические молекул.

[0067] Третий аспект может включать в себя процесс любого из первого или второго аспекта, в котором продукты содержат, по меньшей мере, одно из следующего: ферулат (сложный эфир феруловой кислоты) и кумарат (сложный эфир кумаровой кислоты), где продукты извлекаются из биомассы в реакторе с перемешиванием под давлением с использованием жидкого экстракционного растворителя и основания, в котором ферулат и кумарат остаются растворимыми, а нерастворимые твердые вещества фильтруются от жидкой фазы и промываются.

[0068] Четвертый аспект может включать в себя процесс любой из первых трех аспектов, в котором реактор содержит жидкость и сжатый газ, состоящий из азота, аргона, гелия или водорода, или их смесей, или в котором реактор содержит 100% инертной атмосферы.

[0069] Пятый аспект может включать в себя процесс любого из первого по четвертого аспекта, в котором биомасса сухой получается из сельскохозяйственных продуктов.

[0070] Шестой аспект может включать в себя процесс любых из первого по пятого аспекта, в котором биомассу смешивают с растворителем, содержащим 50-100% любые алифатические спирты и 0-50% воды.

[0071] Седьмой аспект может включать в себя процесс любого из первого по шестого аспекта, в котором экстракционный растворитель 100% этанол или 100% метанол, или в котором экстракционный растворитель содержит биологически полученный этанол.

[0072] Восьмой аспект может включать в себя процесс любого из первого по седьмого аспекта, в котором массовое отношение растворителя к биомассе, находится в диапазоне от 4 до 30, или в диапазоне от 10 до 15.

[0073] Девятый аспект может включать в себя процесс любого из первого по восьмого аспекта, в котором основание представляет собой любой первой или второй группы гидроксид, карбонат, бикарбонат или гидроксид аммония.

[0074] Десятый аспект может включать в себя процесс девятого аспекта, в котором основание находится в пределах от 0-1 н, или приблизительно 0,04 н гидроксид натрия.

[0075] Одиннадцатый аспект может включать в себя процесс любого из первого по десятого аспекта, в котором стадию реакции проводит в реакторе, и в котором реактор находится под давлением 1-3 бар при комнатной температуре, или около 1 бару.

[0076] Двенадцатый аспект может включать в себя процесс любого из первого по одиннадцатого аспекта, отличающееся тем, что стадия реакции проводят в реакторе, и в котором реактор нагревается при температуре 100-300°С ч^-1 до температуры реакции примерно от 80 до 250°С, или где скорость нагрева составляет примерно 300°С ч^-1.

[0077] Тринадцатый аспект может включать в себя процесс по двенадцатому аспекту, в котором реактор выдерживают при температуре реакции в течение 1-15 часов или около 12 часов.

[0078] Четырнадцатый аспект может включать процесс любого из аспектов с первого по тринадцатого, в котором реактор перемешивают со скоростью примерно 100-600 об/мин или примерно 200 об/мин.

[0079] Пятнадцатый аспект может включать в себя процесс любого из первого по четырнадцатого аспекта, в котором этап фильтрации образуются отфильтрованные твердые частицы, и в котором отфильтрованные твердые частицы, извлеченные из реакции, промывают 50-150% первоначальный объем экстракционного растворителя.

[0080] Шестнадцатый аспект может включать процесс любого из аспектов с первого по пятнадцатого, дополнительно включающий: разбавление продуктов водным раствором, содержащим основание, для создания разбавленного продукта; контактирование разбавленного продукта с органическим растворителем; извлечение одной или нескольких органических молекул из разбавленного продукта в органический растворитель для получения обогащенной органической фазы и очищенного продукта.

[0081] Семнадцатый аспект может включать в себя процесс любых из шестнадцатых аспектов, дополнительно содержащие: удаление органического растворителя из обогащенной органической фазы, для получения масляной фазы и органический растворителя.

[0082] Восемнадцатый аспект может включать в себя процесс любого из аспектов с первого по семнадцатого, дополнительно включающий: объединение продуктов с водным раствором основания для образования гидролизной смеси; нагревание гидролизной смеси; и гидролиз любых ферулатов до феруловой кислоты в гидролизной смеси в ответ на нагревание.

[0083] Девятнадцатый аспект может включать в себя процесс любого из аспектов с первого по восемнадцатого, дополнительно включающий: добавление кислоты к продуктам; подкисление продуктов в ответ на добавление кислоты для получения подкисленных продуктов; осаждение одного или нескольких побочных продуктов из подкисленных продуктов; и удаление одного или нескольких побочных продуктов в виде твердых веществ из подкисленных продуктов, причем концентрация феруловой кислоты в подкисленных продуктах выше после удаления одного или нескольких побочных продуктов, чем до подкисления продуктов.

[0084] Двадцатый аспект может включать в себя процесс девятнадцатого аспекта, дополнительно содержащий: контактирование подкисленных продуктов с органическим растворителем, после удаления одного или несколько побочных продуктов; экстракция феруловой кислоты из подкисленных продуктов с использованием органического растворителя с образованием обогащенной органического растворителя; удаление органического растворителя из обогащенной органического растворителя; и получение твердой феруловой кислоты в ответ на удаление органического растворителя из обогащенной органического растворителя.

[0085] Двадцать первый аспект может включать в себя процесс двадцатого аспекта, дополнительно содержащий: растворение твердых феруловые кислот в водном растворе с образованием растворенной феруловой кислоты; нагревание растворенной феруловой кислоты; фильтрация растворенной феруловой кислоты; удаление одной или нескольких нерастворимых примесей из растворенной феруловой кислоты с использованием фильтрации; и охлаждение растворенной феруловой кислоты после удаления одной или нескольких нерастворимых примесей с получением очищенной твердой феруловой кислоты.

[0086] Двадцать второй аспект может включать в себя процесс любого из двадцатого или двадцать первого аспекта, дополнительно включающий очистку феруловой кислоты с использованием жидкостной хроматографии.

[0087] В двадцать третьем аспекте способ для извлечения ферулата (сложный эфир феруловой кислоты) и кумарата (сложный эфир кумаровой кислоты) из сельскохозяйственной биомассы в реакторе с уплотненным слоем, в котором способ включает в себя: контактирование биомассы с растворителем и основания в реактор с уплотненным слоем, в котором сельскохозяйственная биомасса действует как стационарный слой.

[0088] Двадцать четвертый аспект может включать в себя процесс двадцать третьего аспекта, в котором растворитель содержит алифатический спирт, и растворитель прокачивают через реактор при скорости потока между 1-10 мл мин^-1, или в скорость потока от 1,5 до 3 мл мин^-1.

[0089] Двадцать пятый аспект может включать в себя процесс двадцать третьего или двадцать четвертого аспекта, дополнительно включающее контактирование биомассы с основанием в реакторе с уплотненным слоем с растворителем, в котором основание представляет собой любой первый или второй группы гидроксид, карбонат, бикарбонат или гидроксид аммония и имеет концентрацию от 0 до 1 н или около 0,04 н.

[0090] Двадцать шестой аспект может включать в себя процесс любую из двадцати третьего по двадцать пятого аспекта, в котором реактор с уплотненным слоем находится под давлением в пределах от примерно 13-30 бар, или от примерно 13-20 бар.

[0091] Двадцать седьмой аспект может включать в себя процесс любую из двадцати третьего по двадцать шестого аспекта, в котором температура реактора с уплотненным слоем, нагревают со скоростью между около 100-300°С ч^-1, или в скорость около 300°С в час^-1, до желаемой температуры от около 80 до 250°С.

[0092] Двадцать восьмой аспект может включать в себя процесс двадцать седьмого аспекта, в котором реактор выдерживают при заданной температуре в реакторе в течение 4-8 часов.

[0093] Двадцать девятый аспект может включать в себя процесс любого из двадцать третьего по двадцать восьмого аспекта, в котором после соответствующего времени выдержки реактор охлаждают до 20°С и скорость потока растворителя увеличивается до 10 мл мин^-1 для промывки зону реактора в сборный контейнер.

[0094] Тридцатый аспект может включать в себя процесс первого, второго или двадцать третьего аспекта, в котором твердые вещества из продуктов фильтруются из жидкой фазы, а затем растворитель концентрировали до вязкого масла с использованием роторного испарителя.

[0095] В тридцать первом аспекте, способ, в котором ферулата и кумарата, содержащих масло, такое как любое масло, полученное в одном из первых тридцатых аспектов суспендируют в воде, и экстрагируют гексаном, а затем этилацетатом, в результате оставляя ферулата и кумарата в этилацетатной фазе.

[0096] Тридцать второй аспект может включать в себя процесс тридцать первого аспекта, в которому фаза этилацетата перегоняют в перегонном аппарате короткого пути, такие как Kugelrohr или стертого тонкопленочный испаритель при фракциях до 200°С.

[0097] В тридцать третьем аспекте, процесс, в котором ферулат и кумарат, например, полученным в любом из первых тридцати вторых аспектов, которые гидролизуются до феруловых кислот в щелочных условиях.

[0098] Тридцать четвертый аспект может включать в себя процесс тридцать третьего аспекта, в котором 2-20 мл воды, добавляют на грамм ферулата продуктов.

[0099] Тридцать пятый аспект может включать в себя процесс тридцать третьего или тридцать четвертого аспекта, в котором основание включает в себя какую-либо гидроксиды первый или второй группы, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия, карбонаты, бикарбонаты, или аммоний в концентрации 0,1-10 н.

[00100] Тридцать шестой аспект может включать в себя процесс любого из тридцать третьего по тридцать пятого аспекта, в котором раствор нагревают до 30-100°С.

[00101] Тридцать седьмой аспект может включать в себя процесс любого из тридцать третьего по тридцать шестого аспекта, в котором гидролиз проводят в течение 0,5-5 часов для полного превращения ферулата в феруловую кислоту, а кумарата превращают в кумаровую кислоту.

[00102] В предшествующем обсуждении и в формуле изобретения термины «включающий» и «содержащий» используются открытым способом и, таким образом, должны интерпретироваться как означающие «включающий, но не ограничивающийся…». По меньшей мере, один вариант осуществления раскрыт, и вариации, комбинации и/или модификации варианта(ов) осуществления и/или признаки варианта(ов) осуществления, выполненного специалистом в данной области техники, находятся в пределах объема раскрытия. Альтернативные варианты осуществления, которые являются результатом объединения, интеграции и/или исключения признаков варианта(ов) осуществления, также находятся в пределах объема раскрытия. В тех случаях, когда числовые диапазоны или ограничения прямо указаны, такие явные диапазоны или ограничения следует понимать как включающие итерационные диапазоны или ограничения аналогичной величины, попадающие в четко указанные диапазоны или ограничения (например, от примерно 1 до примерно 10 включает в себя 2, 3, 4 и т.д.; больше 0,10 включает 0,11, 0,12, 0,13 и т.д.). Например, всякий раз, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом R1 и верхним пределом Ru, любое число, попадающее в этот диапазон, конкретно раскрывается. В частности, конкретно раскрыты следующие числа в пределах диапазона: R=R1+k*(Ru-R1), где k представляет собой переменную в диапазоне от 1 до 100 процентов с шагом 1 процент, т.е. k равно 1 проценту, 2 процента, 3 процента, 4 процента, 5 процентов, …, 50 процентов, 51 процент, 52 процента, …, 95 процентов, 96 процентов, 97 процентов, 98 процентов, 99 процентов или 100 процентов. Кроме того, любой числовой диапазон, определенный двумя числами R, как определено выше, также конкретно раскрыт. Использование термина «необязательно» в отношении любого элемента формулы изобретения означает, что элемент является обязательным или, альтернативно, элемент не требуется, причем обе альтернативы входят в объем формулы изобретения. Использование более широких терминов, таких как включает в себя, включает в себя и имеет смысл понимать, чтобы обеспечить поддержку для более узких терминов, таких как состоящий из, состоящий, по существу, и состоящий, по существу, из. Соответственно, объем защиты не ограничивается описанием, изложенным выше, а определяется формулой изобретения, которая следует за этим объемом, включая все эквиваленты предмета формулы изобретения. Каждая формула изобретения включена как дополнительное раскрытие в описание, и формула изобретения является вариантом (вариантами) настоящего изобретения.

Изобретение относится к усовершенствованному способу реактивного отделения органических молекул от биомассы, включающему стадию реакции для биомассы, которая включает контактирование биомассы с основанием, при этом биомасса получена из сельскохозяйственных продуктов, этап одновременной экстракции с использованием растворителя, где растворитель включает алифатический спирт, и стадию фильтрации для извлечения продуктов, где продукты содержат сложный эфир феруловой кислоты, сложный эфир кумаровой кислоты, феруловую кислоту, кумаровую кислоту или любую комбинацию этих соединений и сложный эфир жирной кислоты, и удаление сложного эфира жирной кислоты из продуктов путем экстракции жидкость-жидкость с получением очищенного жидкого продукта, содержащего сложный эфир кумаровой кислоты, сложный эфир феруловой кислоты, феруловую кислоту, кумаровую кислоту или любую комбинацию этих соединений, при этом для экстракции жидкость-жидкость используют органический растворитель, содержащий пентан, гексан, гептан, циклогексан, бензол, толуол, диэтиловый эфир или их смеси. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил., 1 табл., 13 пр.

1. Способ реактивного отделения органических молекул от биомассы, включающий:

стадию реакции для биомассы, которая включает контактирование биомассы с основанием, при этом биомасса получена из сельскохозяйственных продуктов;

этап одновременной экстракции с использованием растворителя, где растворитель включает алифатический спирт; и

стадию фильтрации для извлечения продуктов, где продукты содержат сложный эфир феруловой кислоты, сложный эфир кумаровой кислоты, феруловую кислоту, кумаровую кислоту или любую комбинацию этих соединений и сложный эфир жирной кислоты; и

удаление сложного эфира жирной кислоты из продуктов путем экстракции жидкость-жидкость с получением очищенного жидкого продукта, содержащего сложный эфир кумаровой кислоты, сложный эфир феруловой кислоты, феруловую кислоту, кумаровую кислоту или любую комбинацию этих соединений, при этом для экстракции жидкость-жидкость используют органический растворитель, содержащий пентан, гексан, гептан, циклогексан, бензол, толуол, диэтиловый эфир или их смеси.

2. Способ по п. 1, в котором продукты экстрагируют из биомассы в реакторе периодического действия с перемешиванием под давлением или в перемешиваемом реакторе периодического действия с использованием жидкого экстракционного растворителя и основания, в котором остаются сложный эфир феруловой кислоты и сложный эфир кумаровой кислоты, причем реактор содержит жидкость и газ, состоящий из азота, аргона, гелия, водорода или их смесей.

3. Способ по п. 2, в котором основанием является любой гидроксид первой или второй группы, карбонат, бикарбонат или гидроксид аммония, и отличающийся тем, что основание имеет концентрацию от 0,01 – 1 н.

4. Способ по п. 1, в котором растворитель состоит из 50 – 100% любых алифатических спиртов и 0 – 50% воды, или где экстракционный растворитель представляет собой 100%-ный алифатический спирт.

5. Способ по п. 1, в котором массовое соотношение растворитель : биомасса находится в диапазоне от 4 до 30.

6. Способ по п. 1, в котором стадию реакции проводят в реакторе, причем реактор нагревают до температуры реакции примерно от 80°С до 250°С, причем реактор выдерживают при температуре реакции в течение 1 – 15 часов.

7. Способ по п. 1, в котором массовое отношение растворителя к биомассе находится в диапазоне от 4 до 30, и где основанием является любой гидроксид первой или второй группы, карбонат, бикарбонат или гидроксид аммония.

8. Способ по п. 1, в котором удаление сложного эфира жирной кислоты из жидкого продукта путем экстракции жидкость-жидкость включает:

разбавление продуктов водным раствором, содержащим основание, для получения разбавленного продукта в условиях основной среды;

контактирование разбавленного продукта с органическим растворителем; и

извлечение одной или нескольких органических молекул из разбавленного продукта в органический растворитель для получения обогащенной органической фазы и очищенного продукта.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий:

удаление органического растворителя из обогащенной органической фазы для получения масляной фазы и органического растворителя, при этом масляная фаза имеет содержание фосфора менее 250 частей на млн по массе и содержание олеиновой кислоты менее 3% по массе масляной фазы.

10. Способ по п. 1, дополнительно включающий:

соединение продуктов с водным раствором основания для образования гидролизной смеси;

нагревание гидролизной смеси; и

гидролиз любых сложных эфиров феруловой кислоты до феруловой кислоты в гидролизной смеси в ответ на нагревание.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий:

добавление кислоты к продуктам;

подкисление продуктов в ответ на добавление кислоты для получения подкисленных продуктов;

осаждение одного или нескольких побочных продуктов из подкисленных продуктов; и

удаление одного или нескольких побочных продуктов в виде твердых веществ из подкисленных продуктов, причем концентрация феруловой кислоты в подкисленных продуктах больше после удаления одного или нескольких побочных продуктов, чем до подкисления продуктов.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий:

контактирование подкисленных продуктов с органическим растворителем после удаления одного или нескольких побочных продуктов;

извлечение феруловой кислоты из подкисленных продуктов с использованием органического растворителя для образования обогащенного органического растворителя;

удаление органического растворителя из обогащенного органического растворителя; и

получение твердой феруловой кислоты в ответ на удаление органического растворителя из обогащенного органического растворителя.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий:

растворение твердой феруловой кислоты в водном растворе с образованием растворенной феруловой кислоты;

нагревание растворенной феруловой кислоты;

фильтрацию растворенной феруловой кислоты;

удаление одной или нескольких нерастворимых примесей из растворенной феруловой кислоты с помощью фильтрации; и

охлаждение растворенной феруловой кислоты после удаления одной или нескольких нерастворимых примесей с получением очищенной твердой феруловой кислоты.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий очистку феруловой кислоты с помощью жидкостной хроматографии.

15. Способ извлечения сложного эфира феруловой кислоты и сложного эфира кумаровой кислоты из сельскохозяйственной биомассы в реакторе с уплотненным слоем, в котором способ включает:

контактирование биомассы с растворителем и основанием в реакторе с уплотненным слоем, где сельскохозяйственная биомасса действует как стационарный слой и где растворитель включает алифатический спирт; и

экстракцию сложного эфира феруловой кислоты, сложного эфира кумаровой кислоты, феруловой кислоты, кумаровой кислоты или любой комбинации этих соединений и сложного эфира жирной кислоты из биомассы в реакторе с уплотненным слоем; и

удаление сложного эфира жирной кислоты из продуктов путем экстракции жидкость-жидкость с получением очищенного жидкого продукта, содержащего сложный эфир кумаровой кислоты, сложный эфир феруловой кислоты, феруловую кислоту, кумаровую кислоту или любую комбинацию этих соединений, при этом для экстракции жидкость-жидкость используют органический растворитель, содержащий пентан, гексан, гептан, циклогексан, бензол, толуол, диэтиловый эфир или их смеси.

16. Способ по п. 15, где растворитель содержит 50 – 100% любых алифатических спиртов и 0 – 50% воды, или где экстракционный растворитель представляет собой 100%-ный алифатический спирт, и при этом растворитель прокачивается через реактор.

17. Способ по п. 15, в котором основание представляет собой любой гидроксид первой или второй группы, карбонат, бикарбонат или гидроксид аммония и имеет концентрацию в диапазоне от 0,01 – 1 н.

18. Способ по п. 15, в котором реактор с уплотненным слоем нагревают до температуры реакции примерно 80 – 250°С и выдерживают при заданной температуре в течение 1 – 15 часов.

19. Способ по п. 15, в котором после соответствующего времени выдержки реактор охлаждают и увеличивают расход растворителя для промывки уплотненного слоя в сборный контейнер.