Композиция, набор и способ извлечения целевых соединений из биомассы

Композиция, набор и способ извлечения целевых соединений из биомассы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственные патентные заявки

[001] По данной заявке PCT испрашивается приоритет согласно предварительной заявке США № 61/443336, поданной 16 февраля 2011, которая включена в настоящее описание во всей своей полноте посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

[002] В вариантах осуществления настоящего изобретения, в общем, раскрыты способы и композиции для улучшенного выщелачивания биомассы, полученной из бактериальных культур. В некоторых вариантах осуществления композиции и способы относятся к агломерации по существу полностью высушенной биомассы из суспензии микроорганизмов при использовании способов и устройств по настоящему изобретению. Другие варианты осуществления относятся к способам агломерации собранных и по существу сухих микроорганизмов в препарате для обработки или экстракции целевых соединений, продуцируемых этими микроорганизмами. Другие варианты осуществления относятся к системам и способам выщелачивания или экстракции агломерированных культур для увеличенного извлечения биомассы или целевых соединений из микроорганизмов.

Уровень техники

[003] Микроорганизмы можно использовать для продуцирования большого количества побочных продуктов и продуктов, которые можно использовать, но без ограничения, в качестве топлива, биотоплива, фармацевтических агентов, нутрицевтиков, малых молекул, химических соединений, пищевых добавок, кормов, исходного сырья и продуктов питания. Для получения и выделения этих продуктов культуры можно концентрировать для получения увеличенной плотности клеток перед их обработкой, предназначенной для извлечения требуемых соединений. Помимо этого, для выделения или концентрирования этих продуктов могут быть использованы способы экстракции.

[004] Эффективное использование микроорганизмов для получения продуктов может оказаться непростой задачей. Например, что касается производства биотоплива из водорослей, имеется несколько экономически эффективных и рентабельных технологий разделения, подходящих для извлечения соединений из водорослей. Имеется несколько факторов, препятствующих появлению эффективных технологий разделения. Например, обработка сухих или полусухих твердых материалов, включая измельченные водоросли, может приводить к сегрегации, которую можно наблюдать при ссыпании материала в кучу; более крупные частицы материала скатываются вниз кучи, в то время как материал более мелкого размера остается ближе к вершине. Кроме того, наличие неуплотненного тонкоизмельченного материала и крупнозернистого материала может привести к сегрегации частиц при пневматической или механической обработке. При смачивании тонкоизмельченные частицы, находящиеся среди неуплотненных частиц, могут мигрировать и сегрегироваться внутри этой массы, приводя к проблемам перколяции. Наличие мелких частиц может привести к образованию локализованного преимущественного потока (каналообразованию), засорению областей протекания текучей среды (засорению или закупорке) и накоплению жидкости (захлебыванию). Такая сегрегация частиц может приводить к возникновению проблем во время экстракции и/или обработки.

Краткое описание изобретения

[005] Варианты осуществления настоящего изобретения, в общем, относятся к способам и композициям биомассы, полученной из суспензионных культур. В некоторых вариантах осуществления композиции и способы относятся к улучшенным способам выщелачивания. Другие варианты осуществления относятся к композициям, способам и применению для экстрагирования продуктов и/или биомассы из микроорганизмов. Некоторые варианты осуществления относятся к суспензионным композициям, содержащим, но без ограничения, микроорганизмы, такие как водоросли, бактерии, дрожжи, грибы и твердую взвесь в воде, и твердые частицы в сточных водах. Другие варианты осуществления могут относиться к системам и способам для эффективного отделения биомассы от жидкости или выделения целевых соединений из биомассы (например, водорослей) методом агломерации.

[006] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к экстракции целевых соединений, таких как биотопливо из биомассы, например, бактериальной биомассы. Согласно этим вариантам осуществления суспендированные культуры (например, водоросли) сушат и измельчают, с получением тонкодисперсных фракций и других мелких частиц. Агломерированную частицу формируют с использованием этих мелких частиц. В некоторых вариантах осуществления у мелких частиц сохраняется большая часть площади их поверхности. Затем целевые соединения экстрагируют из агломерированных частиц методами выщелачивания.

[007] В других вариантах осуществления сухую и измельченную биомассу из суспензионной культуры агломерируют путем вращения по меньшей мере частично высушенных суспензионных культур в устройстве с жидкостью, при этом необязательно жидкость добавляют в культуру по каплям, формируя сгусток или комок из частиц биомассы и, таким образом, агломерируя биомассу. По меньшей мере частично высушенные суспензионные культуры могут быть нагреты воздухом, светом, микроволновой печью, видимым светом, инфракрасным излучением, другим электромагнитным излучением или источником другой энергии для дополнительной дегидратации биомассы или суспензионной культуры.

[008] В некоторых вариантах осуществления для ускорения дегидратации биомассы в процессе сушки после агломерации регулируют давление окружающей среды.

[009] Другие варианты осуществления относятся к культурам, которые используют для обработки, и таким культурам, которые улучшают проницаемость при воздействии реакционного или нереакционного агента по сравнению с неагломерированными культурами.

[0010] Другие варианты осуществления относятся к культурам, которые подвергают воздействию газа, где газ необязательно представляет собой негорючий газ, и где агломерированные культуры образуют негорючую смесь с газом.

[0011] В некоторых, приведенных в качестве примера способах агломерированные культуры дополнительно подвергают воздействию растворителя, и продукты агломерированных культур экстрагируют. В этих вариантах осуществления степень экстракции продуктов агломерированных культур улучшена по сравнению с экстракцией продуктов из неагломерированных культур.

[0012] В некоторых вариантах осуществления температура сушки после агломерации при атмосферном давлении находится в пределах от 32 градусов по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию) до 150 градусов по Фаренгейту, при этом выбранная температура ниже температуры, при которой происходит деградация целевых экстрагируемых соединений. В случае атмосферного давления, температура может находиться в пределах от 70 градусов по Фаренгейту или выше, но ниже 150 градусов по Фаренгейту.

[0013] В некоторых вариантах осуществления для уменьшения вероятности деградации целевых продуктов, полученных из культур, используют давление ниже атмосферного, и температуру ниже температуры, используемой при атмосферном давлении.

[0014] В других вариантах осуществления культуры сушат методом распылительной сушки.

[0015] В других вариантах осуществления суспензионные композиции включают, но без ограничения, водоросли, бактерии, дрожжи, грибы и твердую взвесь в воде, или твердые частицы в сточных водах.

[0016] В некоторых вариантах осуществления при агломерации частиц используют связующий агент. Связующий агент может включать кукурузный крахмал, альгинаты, глюкозу, сахарозу, фруктозу или другие сахара, лигнины, полимерные связующие агенты или углеводы. В некоторых вариантах осуществления используют нерастворимые связующие агенты. В других вариантах осуществления при агломерации частиц может быть использована вода или водные суспензии культур.

[0017] В некоторых примерах соотношение жидкости к культуре может быть заданным соотношением.

[0018] Описанные в данном описании агломерированные культуры могут включать частицы, которые составляют 50% или 60%, или 70%, или 80%, или 90%, или более, диаметр которых превышает 300 микрон (мкм).

[0019] В некоторых вариантах осуществления условия агломерации выбирают, исходя из прочности и стабильности агломерированных частиц.

[0020] Другие варианты осуществления включают способ экстракции одного или более целевых соединений из биомассы суспензионной культуры, включающий внесение агломерированной суспензионной культуры в разделительное устройство и экстракцию целевого соединения из агломерированной суспензионной культуры. Разделительное устройство может представлять собой колонну с высоким аспектным отношением, в частности, с отношением высоты к ширине больше 1, при этом эффективность растворитель-растворенное вещество возрастает с увеличением отношения.

[0021] В некоторых вариантах осуществления используют устройство для агломерации суспензионной культуры, включающее емкость, выполненную с возможностью приема воды или другого агента, емкость, выполненную с возможностью перемещения по меньшей мере в одном направлении, и подложку, прикрепленную к емкости, выполненной с возможностью перемещения из одного места в другое.

[0022] Некоторые варианты осуществления включают устройство для оценки сопротивления сжатию гранул водорослей, содержащее устройство для тестирования агломератов, например, как изображено на фиг.6A-6E, имеющее по меньшей мере один слой удерживающего экрана и слив, где устройство выполнено с возможностью оценки сопротивления сжатию гранул водорослей. Кроме того, рассматриваемые в данном описании тесты можно проводить в присутствии одного или более растворителей для экстракции одной или более целевых молекул из материала водорослей.

[0023] В других вариантах осуществления целевое соединение можно экстрагировать из биомассы. Биомасса может быть высушена и затем измельчена для получения мелкодисперсных частиц. Мелкодисперсные частицы могут быть агломерированы для получения агломерированных частиц. Затем через агломерированные частицы может быть пропущен растворитель для экстрагирования одного или более целевых соединений.

[0024] В некоторых вариантах осуществления используют экстракцию методом противоточного выщелачивания.

[0025] В некоторых вариантах осуществления биомасса может быть высушена при температуре от 95°C до 120°C.

[0026] В других вариантах осуществления для ускорения дегидратации биомассы при агломерации мелкодисперсных частиц регулируют давление окружающей среды.

[0027] В некоторых вариантах осуществления агломерированные частицы подвергают воздействию температуры в пределах от 85 градусов по Фаренгейту до 150 градусов по Фаренгейту.

[0028] В некоторых вариантах осуществления первый растворитель используют для экстракции первого целевого соединения, и второй растворитель используют для экстракции второго целевого соединения.

[0029] В других вариантах осуществления агломерация мелкодисперсных фракций для получения агломерированных частиц может включать вращение мелкодисперсных фракций одновременно с введением смачивающего раствора (или нерастворимого связующего агента).

[0030] В других вариантах осуществления растворитель можно вводить в агломерированные частицы при температуре примерно от 35°C до точно 35°C.

[0031] В некоторых вариантах осуществления агломерированные частицы прикреплены к нейтральному носителю. Примеры нейтрального носителя могут включать, но без ограничения, частицы пластмассы, камня, металла или другого подходящего материала.

[0032] В некоторых вариантах осуществления частицы после измельчения, но перед агломерацией, могут составлять в диаметре 1500 микрон или менее, или 850 микрон или менее, или 300 микрон или менее.

[0033] В некоторых вариантах осуществления мелкодисперсные фракции менее 300 микрон перед агломерацией могут быть удалены. В других вариантах осуществления агломерированные частицы размером 300 микрон или менее могут быть подвергнуты дополнительной обработке для экстракции целевого продукта.

[0034] Другие описанные в данном описании варианты осуществления включают агломерированные культуры, в которых 50%, или 60%, или 70%, или 80%, или 90%, или более превышают в диаметре 300 микрон.

[0035] В некоторых вариантах осуществления агломерация частиц может быть осуществлена при давлении ниже атмосферного.

Краткое описание чертежей

[0036] На фиг.1 представлен график временной зависимости степени извлечения липидов выщелачиванием из водорослей, высушенных в условиях сушки при разных температурах и размерах измельченных частиц.

[0037] На фиг.2 представлен график зависимости степени извлечения методом выщелачивания гексаном из сухих водорослей от размера частиц.

[0038] На фиг.3 показан иллюстративный пример устройства для агломерации.

[0039] На фиг.4A и 4B показаны другие иллюстративные примеры устройств для агломерации.

[0040] На фиг.5 показаны агломераты, образованные после увеличения количества добавляемой жидкости, выраженного в виде отношения массы жидкости к сухой массе водорослей.

[0041] На фиг.6A-6E показаны иллюстративные примеры устройств некоторых описанных в данном описании вариантов осуществления.

[0042] На фиг.7 показано изображение агломерированных водорослей, смоченных растворителем в стеклянной колонне.

[0043] На фиг.8 приведен иллюстративный график выхода липидов по массе в результате выщелачивания гексаном в колонне агломерированных частиц с различной высотой слоя при разных скоростях введения выщелачивающего агента.

[0044] На фиг.9 представлены иллюстративные результаты анализа методом газовой хроматографии жирных кислот из экстракта, полученного выщелачиванием сухих и агломерированных водорослей растворителем в различных условиях.

[0045] На фиг.10 показана экстракция методом выщелачивания в высокой колонне с высокой скоростью введения растворителя в течение короткого промежутка времени, с последующей низкой скоростью введения.

[0046] На фиг.11 показаны данные, приведенные на фиг.10, во временном промежутке от начала элюирования до 4,5 часов.

[0047] На фиг.12 представлены результаты анализа методом газовой хроматографии экстракта, полученного выщелачиванием гексаном, в виде функции от времени.

[0048] На фиг.13 показана экстракция выщелачиванием в тестах с использованием высокой колонны с разной продолжительностью введения с высокой скоростью.

[0049] На фиг.14 показаны данные, приведенные на фиг.13, где более подробно показаны первые 12 часов экстракции выщелачиванием в тестах с использованием высоких колонн, демонстрирующие влияние уменьшения скорости введения растворителя на гравиметрический выход.

[0050] На фиг.15 показаны результаты иллюстративного анализа методом газовой хроматографии суммарного экстракта, полученного выщелачиванием гексаном, в тесте на выщелачивание в колонне.

[0051] На фиг.16 приведен иллюстративный график первичного и вторичного выщелачивания высушенных и агломерированных водорослей в колоннах разной высоты и с разными скоростями орошения.

[0052] На фиг.17 приведена фотография пластины тонкослойной хроматографии (ТСХ) для экстрактов водорослей, полученных выщелачиванием полярным и неполярным растворителями.

[0053] На фиг.18 продемонстрированы примеры влияния соотношения жидкости к твердому веществу на выщелачивание с перемешиванием сухих водорослей с использованием растворителя (например, гексана).

[0054] На фиг.19 показан гравиметрический выход при вторичном выщелачивании сухих водорослей при разной высоте слоя и различной скорости введения полярных растворителей.

Подробное описание изобретения

[0055] В приведенных ниже разделах описаны различные примеры композиций и способов с более подробным изложением различных вариантов осуществления. Специалисту в данной области будет очевидно, что практическая реализация различных вариантов осуществления не требует применения всех или даже некоторых конкретных деталей, изложенных в настоящем описании, напротив, концентрации, временные параметры и другие конкретные детали могут быть модифицированы по результатам проведения обычных экспериментов. В отдельных случаях в настоящем описании хорошо известные способы не раскрыты.

[0056] В настоящем описании термин "суспензионные культуры" может относиться к культурам до момента получения готового продукта.

[0057] Используемый в данном описании термин "биомасса" относится к суспензионным культурам, из которых по существу полностью удалена среда (например, высушенные культуры). Биомассу можно хранить любым способом в течение любого времени или использовать сразу, например, для экстракции целевых соединений.

[0058] Используемый в данном описании термин "текучая среда" может означать жидкость или газ. Например, текучие среды растворителей могут представлять собой жидкость, и используемая для сушки текучая среда может представлять собой газ.

[0059] Используемый в данном описании термин "агломерация" может означать образование скоплений высушенной и измельченной биомассы из суспензионной культуры способами, описанными в некоторых вариантах осуществления, представленных в настоящем описании. Кроме того, используемая в данном описании "агломерация" может относиться к объединению мелких частиц высушенной и измельченной биомассы из суспензионной культуры в более крупные частицы с образованием более крупных частиц из более мелких, или прикреплению частиц к другим веществам, таким как нейтральный носитель.

[0060] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к экстракции целевых соединений из биомассы методами агломерации и/или выщелачивания, которые увеличивают поток используемого для экстракции растворителя через биомассу, собранную из культуры клеток. Согласно этим вариантам осуществления, агломерированную биомассу можно использовать во встряхиваемых, заполненных текучими средами устройствах для выщелачивания или устройствах для выщелачивания с уплотненным слоем для улучшенной экстракции целевых соединений при одновременном уменьшении расходов и увеличении производства. Целевые соединения могут включать, но без ограничения, продукт, химическое соединение, биотопливо, малые молекулы, пищевые добавки и исходное сырье. Иллюстративные материалы биомассы могут включать, но без ограничения, водоросли, бактерии, дрожжи, грибы, твердую взвесь в воде и твердые частицы в сточных водах. Несмотря на то, что в некоторых вариантах осуществления используется биомасса, полученная из суспензионных культур, также могут быть использованы другие источники биомассы, например, собранная биомасса, выращенная в виде мата или уплотненной массы.

[0061] В некоторых вариантах осуществления суспензионная культура может представлять собой культуры водорослей. Водоросли, используемые в данных вариантах осуществления, могут включать неподвижные виды, суспендированные, подвижные виды или их комбинацию. Примеры видов водорослей могут включать, но без ограничения, Nannochloropsis spp., при этом, другие виды включают, но без ограничения, бурые водоросли, например, Saccharina spp. В настоящем описании рассматривается любая микробная культура. Например, водоросли могут продуцировать множество различных соединений, включая липидные соединения, используемые в некоторых областях промышленности. Липиды могут продуцироваться на различных стадиях жизненного цикла водорослей. Различные виды водорослей выращивали и собирали с целью получения содержащихся в них липидов, которые продуцируются клетками и преимущественно локализованы в клеточных стенках и внутри клетки, среди прочего, как продукты хранения. Культивированные водоросли, содержащие представляющие интерес продукты, могут быть собраны и концентрированы, или "обезвожены", до извлечения целевых соединений.

[0062] Целевые соединения могут быть экстрагированы из культивированных организмов (например, водорослей, бактерий и т.д.) экстракционным выщелачиванием. При экстракционном выщелачивании для высвобождения целевых молекул из организмов можно использовать растворители. Неполярные компоненты, собранные из культуры водорослей, например, могут включать, но без ограничения, триглицериды, диглицериды, моноглицериды, полиненасыщенные жирные кислоты (PUFA) и свободные жирные кислоты (FFA) и другие известные в данной области молекулы. Полярные компоненты, которые могут быть собраны, например, из культур водорослей, могут включать, но без ограничения, фосфолипиды, эйкозапентаеновую кислоту (EPA), докозатетраеновую кислоту (адреновую кислоту), докозагексаеновую кислоту (DHA), докозапентаеновую кислоту (DPA), а также эйкозатетраеновую кислоту (арахидоновую кислоту или ARA) и другие полярные молекулы, продуцируемые водорослями, известные в данной области. Альтернативно или наряду с этими экстракциями, некоторые варианты осуществления выполняют в отсутствие одного или более полярных или неполярных целевых молекул (например, PUFA). Согласно данным вариантам осуществления, способами, описанными в данном описании, можно продуцировать и выделять целевые насыщенные жирные кислоты с длиной цепи C16 и C18 в среде с низким или произвольным количеством PUFA (например, С20:4, С20:5).

[0063] В некоторых вариантах осуществления водоросли могут быть обработаны в водном растворе или высушены для обработки частично или по существу полностью в обезвоженном виде. Было продемонстрировано, что сушка водорослей для извлечения липидов может быть улучшена при некоторых температурах для улучшенного извлечения липидных компонентов. Согласно данным вариантам осуществления, водоросли можно сушить при температуре от 85°C до 100°C или даже при температуре выше 100°C (например, примерно 112°C). В одном из примеров водоросли сушили при температуре, поддерживаемой в отдельных испытаниях при 65, 75, 85 и 100 градусах Цельсия (°C), и затем затвердевшую массу дробили и измельчали. Фракции выбранных размеров (такие, которые прошли через сито размером 1 мм, но не прошли через сито размером 850 микрон, т.е. -1 мм +850 микрон), затем были подвергнуты выщелачиванию гексаном с перемешиванием, для сравнения с культурами, которые не выдерживались при указанных температурах в процессе сушки, а также проводили сравнение между выбранными температурами. Также был включен один образец водорослей, высушенный при 100°C, но имеющий распределение частиц, размер которых не превышал 300 микрон. См., например, фиг.1.

[0064] В некоторых вариантах осуществления сушка может сопровождаться воздействием света или другой энергии (например, микроволн), тепла, или пропусканием воздуха окружающей среды или нагретого воздуха через или над агломерированным материалом. Сушка может быть использована для увеличения степени последующей экстракции выщелачиванием. Это может сопровождаться удалением жидкости из клеточных мембран для уменьшения разбавления и увеличения проникновения растворителей, увеличивая доступ растворителя к представляющим интерес соединениям, тем самым повышая степень экстракции выщелачиванием при использовании растворителей. Конкретные температуры в процессе сушки, поддерживаемые на пиковом уровне или достигающие этого уровня, могут быть оптимизированы для улучшенной экстракции соединений выщелачиванием. Было обнаружено, что водоросли, высушенные при температуре выше 85°C, особенно в пределах от 100°C до 112°C, обеспечивали улучшенную экстракцию липидов, например, из Nannochloropsis spp., при последующем выщелачивании. См., например, фиг.1. Температуры в процессе сушки, превышающие температуру, при которой содержащиеся в биомассе компоненты начинают разрушаться, не являются оптимальными, например, Nannochloropsis spp., высушенная при температуре около 148°C, чернеет, имеет запах гари, и экстракт, полученный в результате выщелачивания гексаном, имеет по существу черный цвет (данные не показаны).

[0065] Согласно некоторым вариантам осуществления, лепешку биомассы с содержанием сухого вещества в пределах примерно от 1%-99% сушат до тех пор, пока содержание сухого вещества в лепешке не достигнет примерно 90%-100%. Согласно некоторым вариантам осуществления, биомассу можно сушить при температуре примерно 85°C или выше, или при температуре примерно 100°C или выше. Согласно данным вариантам осуществления, биомассу можно сушить при температуре, превышающей температуру пастеризации, благодаря чему биомасса может быть обработана без пастеризации. Согласно некоторым вариантам осуществления, для обработки биомассы может потребоваться разрушение клеток и/или клеточная проницаемость. В таких вариантах осуществления клеточная проницаемость может обеспечиваться сушкой, в результате которой мембраны сжимаются, теряя олеофобные характеристики и обеспечивая возможность для проникновения неполярных растворителей. Кроме того, в процессе сушки (и/или начального процесса обработки) могут быть получены очень мелкие частицы (например, "мелкие фракции"), которые могут облегчить проведение последующих процессов измельчения, описанных ниже.

[0066] Согласно некоторым вариантам осуществления культуры (например, водоросли) обрабатывают определенным способом для получения эффективной экстракции представляющих интерес соединений. Например, высушенные микроорганизмы (например, водоросли) измельчают для получения частиц меньшего размера, что улучшает контакт текучей среды с используемыми позже растворителями (например, выщелачивающими агентами). Кроме того, если биомасса сильно высушена, мелкие частицы (например, пыль, хлопья или мелкие фракции) могут облегчить измельчение биомассы, поскольку они уже являются достаточно мелкими и имеют требуемый размер. Эти более мелкие частицы могут затем образовывать композитные (например, агломерированные) частицы, описанные более подробно ниже. В то же время, даже при агломерации более мелких частиц в более крупные частицы эти более мелкие частицы могут оставаться все еще легко различимыми (например, визуально идентифицируемыми) внутри агломерированных частиц, что свидетельствует о возможности использования площади поверхности более мелких частиц для лучшего контакта с растворителем. См., например, фиг.20. Таким образом, агломерированная частица, которая составлена из более мелких частиц, имеет большую площадь поверхности, чем, например, цилиндрическая частица, образованная, например, в процессе экструзии.

[0067] Одним из аспектов данной обработки является соединение фракций мелкодисперсных частиц, также известных как "мелкие фракции", в более крупные частицы в процессе, называемом агломерацией. Образованные таким образом частицы известны как "агломераты" или "гранулы". Агломераты представляют собой конгломераты частиц, в которых мелкие частицы связаны к крупным частицам и/или друг к другу. Такое связывание может представлять собой полупостоянное прикрепление и отличается от флокуляции или скопления клеток водорослей в водных суспензионных культурах под воздействием слабых сил притяжения. Эти флокулянты ("хлопья") или большие скопления клеток образуются в водной суспензии и малопригодны для сухой обработки водорослей, так как слабые силы притяжения не сохраняются при удалении воды. Аналогично, несмотря на то, что сухие мелкие частицы могут приобретать электростатический заряд и временно притягиваться друг к другу, этот эффект не сохраняется при смачивании растворителями, используемыми для экстракции. Подходящее для экстракционной обработки водорослей прикрепление частица-частица должно оставаться преобладающим и эффективным и не допускать отделения и подвижности мелких частиц.

[0068] В некоторых вариантах осуществления агломерация микроорганизмов может включать использование высушенной и раздробленной или измельченной биомассы, взбалтываемой вращением в емкости. Используемые в данном описании емкости могут включать, но без ограничения, трубку, цилиндр, барабан или вращающийся диск. В некоторых вариантах осуществления к суспензионным культурам может добавляться жидкость по каплям или другим способом. В некоторых вариантах осуществления используют дискретные капли жидкости для локализованного смачивания частиц, которые затем образуют ядро для прикрепления других частиц.

[0069] В некоторых вариантах осуществления агломерация может выполняться за счет естественных или эндогенных компонентов водорослей, которые при объединении с водой способны прикреплять и связывать частицы. Таким образом, в данных вариантах осуществления при создании агломерированных частиц к водорослям добавляют только воду. В других вариантах осуществления в качестве такой жидкости может быть добавлена суспензионная культура клеток в воде, чтобы вызвать агломерацию другой высушенной биомассы, что исключает необходимость отделения суспендированных клеток от воды. При добавлении жидкости к высушенной и измельченной биомассе влага добавленной воды обеспечивает прикрепление мелких частиц, и эта дополнительная влага может быть удалена сушкой перед выщелачиванием. В других вариантах осуществления используют связующие агенты, которые могут быть добавлены в материал, предназначенный для экстракции в уплотненном слое для образования агломератов, при этом связующий агент вызывает агломерацию или увеличивает скорость агломерации или тому подобное. Некоторые используемые в данном описании связующие агенты включают, но без ограничения, сахара, крахмалы, кукурузный крахмал, мелассу, альгинаты, глюкозу, сахарозу, фруктозу или другие сахара, лигнины, полимерные связующие агенты и т.п., или другие известные связующие агенты. Согласно этим вариантам осуществления, в зависимости от условий и получаемых целевых соединений связующий агент должен быть нерастворимым в выщелачивающем агенте для достижения агломерации или растворимым.

[0070] В некоторых вариантах осуществления частицы после измельчения, но до агломерации, могут составлять в диаметре 4000 микрон или менее, или 850 микрон или менее, или 300 микрон или менее, и т.д. После агломерации частицы могут составлять в диаметре 300 микрон или более, или 500 микрон или более, или от 2000 до 5000 микрон или более. Другие варианты осуществления включают агломерированные культуры, в которых 50 процентов или 60 процентов, или 70 процентов, или 80 процентов, или 90 процентов или более частиц превышает 300 микрон. Таким образом, микроорганизмы могут быть измельченными, хлопьевидными, истолченными и т.д., до малых размеров, что обеспечивает больший контакт с растворителями.

[0071] В некоторых вариантах осуществления агломерированную культуру подвергают дополнительной обработке. Например, агломерированная культура может быть высушена (или дополнительно высушена) путем нагревания или обдувания агломерированной культуры воздухом (или обоими способами), что может улучшить устойчивость агломерированных частиц (агломератов) при физическом и химическом контакте и улучшить последующее извлечение целевых соединений выщелачиванием. Температура в процессе сушки после агломерации может быть такой же, как и при первоначальной сушке биомассы: при атмосферном давлении температура может находиться в пределах от 32 градусов по Фаренгейту (0°C) до температуры, при которой требуемые соединения, содержащиеся в водорослях, разрушаются. Согласно этим вариантам осуществления, в случае сушки некоторых видов водорослей при атмосферном давлении температура в процессе сушки может превышать 85 градусов по Фаренгейту, но быть ниже 150 градусов по Фаренгейту. С уменьшением атмосферного давления используемая в процессе сушки температура может быть ниже. Этот факт при необходимости можно использовать для получения от по существу сухих до совершенно сухих агломератов без разрушения легко разлагаемых соединений.

[0072] Некоторые варианты осуществления относятся к распылительной сушке содержащего водоросли раствора для получения частиц преимущественно сухих водорослей для подготовки их к выщелачиванию в оптимизированном неподвижном слое, согласно приведенному описанию. Подготовка агломератов распылительной сушкой уменьшает необходимость в предварительной сушке и измельчении водорослей. Для последовательной агломерации высушенных распылением частиц, для получения частиц требуемого размера и наряду с этим большие размеры пор, при создании уплотненного слоя может потребоваться дополнительная распылительная сушка или другая обработка, приводящая к агломерации, например, обжатие при прокатке. В других вариантах осуществления агломерация водорослей может быть достигнута распылительной сушкой раствора водорослей наряду с агломерацией культуры в процессе удаления воды для последующего выщелачивания в оптимизированном уплотненном слое. Метод распылительной сушки, используемый в данных вариантах осуществления, включает сушку с контролируемой температурой в потоке воздуха, образуемого в процессе распылительной сушки, или вне этого потока. В других вариантах осуществления возможно изменение температуры, применяемой к сухим водорослям, для оптимизации последующей экстракции выщелачиванием. Вода, используемая в процессе агломерации, может быть удалена, например, последующей сушкой после достижения требуемого прикрепления мелких фракций.

[0073] Таким образом, в некоторых вариантах осуществления влажные концентрированные клетки могут быть высушены при заданной температуре, подходящей для представляющей интерес суспензионной культуры, описанным выше способом. После сушки культуры могут быть измельчены до получения частиц с заданным распределением по размеру и агломерированы, описанным в данном описании способом. Необязательно, некоторые варианты осуществления предусматривают, при необходимости, повторную сушку после агломерации при аналогичном диапазоне температуре, как определено выше. Предполагается, что для получения по существу сухих агломератов, подходящих для экстрагирования целевых соединений в суспензионной культуре, может быть использован одна или более стадий сушки.

[0074] В некоторых вариантах осуществления агломерированные частицы укладывают в слой, подвергаемый выщелачиванию восходящим или нисходящим потоком растворителя. Прикрепление мелких частиц к другим мелким частицам, а также более крупным частицам для увеличения эффективного среднего размера частиц может привести к увеличению устойчивости мелкозернистого материала к вымыванию из слоя потоком текучей среды в процессе выщелачивания. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления применяют способы агломерации, которые обеспечивают полупостоянную агрегацию и агломерацию частиц для образования более крупных частиц и предотвращения мобильности и перемещения мелких частиц в уплотненном слое, достаточных для сохранения потока текучей среды через уплотненный слой. Таким образом, данные варианты осуществления обеспечивают сохранение более равномерного и проницаемого слоя частиц и исключают сегрегацию и миграцию указанных частиц в процессе выщелачивания, которая может привести к преимущественному потоку растворителя в некоторых областях (т.е. "канализации") и уменьшению потока в других областях (например, "закупорке"). Кроме того, при сохранении относительно открытых промежуточных пространств между частицами (называемых "порами") по всему слою материала (также называемому "уплотненный слой", "неподвижный слой" или просто "слой") растворитель может распределяться равномерно по всему уплотненному слою, что может увеличить извлечение экстрагируемых соединений. В некоторых вариантах осуществления частицы биомассы (например, мелкие фракции) могут быть агломерированы при помощи нереакционноспособного твердого вещества, такого как нейтральный носитель. Нереакционноспособное твердое вещество действует в качестве каркаса для сохранения структуры уплотненного слоя в процессе последующего выщелачивания.

[0075] Некоторые варианты осуществления относятся к применению выщелачивания в неподвижном слое. Использование варианта выщелачивания в неподвижном слое дает возможность получения хорошо дифференцируемого последовательного выщелачивания. После экстракции первым растворителем для извлечения соединения колонна может быть высушена при желании потоком газа, и затем может быть использо